JP2005340580A - 回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板から絶縁層が剥離するのを抑制することが可能な回路装置を提供する。
【解決手段】この回路装置は、約１２ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有する銅からなる下層金属層１ａと、下層金属層１ａ上に形成され、約０．２ｐｐｍ／℃〜約５ｐｐｍ／℃の小さい熱膨張係数を有するインバー合金からなる中間金属層１ｂと、中間金属層１ｂ上に形成され、約１２ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有する銅からなる上層金属層１ｃとを含む基板１と、基板１上に形成された樹脂層２と、樹脂層２上に形成された導電層３と、導電層３に電気的に接続されたＬＳＩチップ９とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、回路装置に関し、特に、回路素子を備えた回路装置に関する。

近年、電子機器などに含まれる回路装置は、小型化、高密度化および多機能化のために、単位体積当たりの発熱密度が増加している。このため、近年では、回路装置の基板として、高い放熱性を有する金属基板を用いるとともに、その金属基板上に、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：集積回路）やＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：大規模集積回路）などの回路素子を装着している（たとえば、特許文献１参照）。また、従来では、金属基板上に、ハイブリッドＩＣ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：混成集積回路）が形成された構造も知られている。ここで、ハイブリッドＩＣとは、ＩＣチップやコンデンサ、抵抗などの回路素子を１つの基板上にまとめて組み込んだ回路装置を意味する。

図１６は、上記特許文献１に開示された従来の回路装置の構造を概略的に示した断面図である。図１６を参照して、従来の回路装置では、アルミニウムからなる金属基板１０１上に、絶縁層として機能するとともに、充填材としてのシリカ（ＳｉＯ_２）が添加された樹脂層１０２が形成されている。樹脂層１０２上の所定領域には、樹脂からなる接着層１０３を介してシリコン基板（図示せず）を用いたＩＣチップ１０４が装着されている。また、樹脂層１０２上のＩＣチップ１０４の端部から所定の間隔を隔てた領域には、接着層１０３を介して銅からなる金属配線１０５が形成されている。この金属配線１０５と金属基板１０１とは、樹脂層１０２によって絶縁されている。また、金属配線１０５とＩＣチップ１０４とは、ワイヤ１０６によって電気的に接続されている。

図１６に示した従来の回路装置では、アルミニウム（Ａｌ）からなる金属基板１０１を用いるとともに、その金属基板１０１上に、樹脂層１０２を介してＩＣチップ１０４を装着することによって、ＩＣチップ１０４から多量の熱が発生したとしても、その熱を金属基板１０１により放熱することが可能となる。
特開平８−２８８６０５号公報

しかしながら、アルミニウム（Ａｌ）からなる金属基板１０１上に、樹脂層（絶縁層）１０２およびシリコン基板を用いるＩＣチップ１０４を形成する従来の回路装置では、金属基板１０１と、樹脂層（絶縁層）１０２およびＩＣチップ１０４との熱膨張係数差が大きくなるという不都合があった。その結果、金属基板１０１と、樹脂層（絶縁層）１０２およびＩＣチップ１０４との熱膨張係数差に起因して、金属基板１０１から樹脂層（絶縁層）１０２が剥離しやすくなるという問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、基板から絶縁層が剥離するのを抑制することが可能な回路装置を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による回路装置は、第１の熱膨張係数を有する第１金属層と、第１金属層上に形成され、第１金属層の第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有する第２金属層と、第２金属層上に形成され、第２金属層の第２の熱膨張係数とは異なる第３の熱膨張係数を有する第３金属層とを含む金属を主体とする基板と、基板上に形成された絶縁層と、絶縁層上に形成された導電層と、導電層に電気的に接続された回路素子とを備えている。

この一の局面による回路装置では、上記のように、第１の熱膨張係数を有する第１金属層と、第１金属層上に形成され、第１金属層の第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有する第２金属層と、第２金属層上に形成され、第２金属層の第２の熱膨張係数とは異なる第３の熱膨張係数を有する第３金属層とを含む金属を主体とする基板を用いることによって、第１金属層、第２金属層および第３金属層の厚みを調節することにより、第１金属層〜第３金属層を含む金属を主体とする基板の熱膨張係数を制御することができる。これにより、基板の熱膨張係数が回路素子の熱膨張係数および絶縁層の熱膨張係数の両方に近づくように、第１金属層〜第３金属層の厚みを調節すれば、基板と回路素子および絶縁層との間の熱膨張係数差に起因して、基板から絶縁層が剥離するのを抑制することができる。

上記一の局面による回路装置において、好ましくは、基板を構成する第１金属層、第２金属層および第３金属層のそれぞれの厚みは、基板の熱膨張係数が、絶縁層の熱膨張係数および回路素子の熱膨張係数の両方に近づくように調節されている。このように構成すれば、容易に、基板と回路素子および絶縁層との間の熱膨張係数差に起因して、基板から絶縁層が剥離するのを抑制することができる。

上記一の局面による回路装置において、好ましくは、第２金属板の第２の熱膨張係数は、第１金属板の第１の熱膨張係数および第３金属板の第３の熱膨張係数よりも小さい。このように構成すれば、容易に、第２金属板により、第１金属板および第３金属板を含む基板の熱膨張係数を小さくすることができる。

上記一の局面による回路装置において、好ましくは、絶縁層は、樹脂を主成分とする絶縁層を含む。このように構成すれば、金属を主体とする基板と樹脂を主成分とする絶縁層との接触面積を増加させることができる。これにより、絶縁層が金属を主体とする基板との密着性が低い樹脂を主成分とする場合にも、基板から絶縁層が剥離するのを抑制することができる。

この場合、好ましくは、樹脂を主成分とする絶縁層には、絶縁層の熱伝導率を高くするための充填剤が添加されている。このように構成すれば、樹脂を主成分とする絶縁層の熱伝導率が高くなるので、樹脂を主成分とする絶縁層の放熱性を向上させることができる。

上記一の局面による回路装置において、好ましくは、絶縁層は、回路素子の下方に位置する領域に設けられ、基板の表面に達する開口部を含み、絶縁層上の導電層は、開口部を介して基板の表面に接触するように形成されているとともに、開口部を介して基板に熱を伝達する機能を有する。このように構成すれば、回路素子から多量の熱が発生した場合に、その熱を基板の表面に接触する導電層を介して基板側に容易に放熱することができる。

この場合、好ましくは、第１金属層および第３金属層の構成材料は、導電層の構成材料と同じである。このように構成すれば、メッキ法を用いて導電層を形成する場合に、導電層の構成材料と実質的に同じ材料からなる第１金属層および第３金属層により第２金属層が挟まれているので、第２金属層の成分がメッキ液中に溶出することに起因して、メッキ液が劣化するのを抑制することができる。なお、請求項７における「同じ」とは、メッキ液が劣化するのを抑制するという所期の目的を達成できる範囲で「実質的に同じ」場合も含む。

上記一の局面による回路装置において、好ましくは、絶縁層は、基板上に形成された第１絶縁層と、第１絶縁層上に形成された第２絶縁層とを含み、導電層は、第１絶縁層と第２絶縁層との間に形成された第１導電層と、第２絶縁層上に形成された第２導電層とを含む。このように構成すれば、第１導電層と第２導電層とを第２絶縁層により絶縁することができる。これにより、第１導電層および第２導電層を配線として用いる場合に、第１導電層からなる配線と第２導電層からなる配線とを平面的に見て交差させたとしても、第１導電層からなる配線と第２導電層からなる配線とが電気的に短絡するのを抑制することができる。その結果、配線の引き回しの自由度を向上させることができるとともに、配線密度を向上させることができる。

この場合、好ましくは、第１導電層により構成される第１配線と、第２導電層により構成される第２配線とをさらに含み、第１配線と第２配線とは、平面的に見て交差している。このように構成すれば、容易に、第１配線および第２配線の引き回しの自由度を向上させることができるとともに、第１配線および第２配線の配線密度を向上させることができる。

上記一の局面による回路装置において、好ましくは、基板は、凹凸形状の表面を有する。このように構成すれば、基板と絶縁層との接触面積を増加させることができる。これにより、基板と絶縁層との間の密着性を向上させることができる。その結果、基板から絶縁層が剥離するのをより抑制することができる。また、絶縁層が樹脂を主成分とするとともに、その絶縁層に充填剤が添加されている場合、絶縁層に添加された充填材が基板との界面近傍に位置することに起因して基板と絶縁層との接触面積が減少する場合にも、基板の凹凸形状の表面により、基板と絶縁層との接触面積が増加される。これにより、樹脂を主成分とする絶縁層に充填剤を添加したとしても、基板と絶縁層との密着性が低下するのを抑制することができる。

上記一の局面による回路装置において、好ましくは、基板の表面は、酸化または窒化されている。このように構成すれば、金属を主体とする基板と導電層との間に位置する絶縁層の絶縁性が劣化したとしても、基板の酸化または窒化された表面部分が絶縁層として機能するので、金属を主体とする基板と導電層との間の絶縁耐圧が低下するのを抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態による混成集積回路（ハイブリッドＩＣ）装置を示した斜視図であり、図２は、図１の１００−１００線に沿った断面図である。まず、図１および図２を参照して、本実施形態による混成集積回路装置の構造について説明する。

本実施形態による混成集積回路装置では、図２に示すように、約１００μｍ〜約３ｍｍ（たとえば、約１．５ｍｍ）の厚みを有する多層構造（３層構造）の基板１を用いている。この基板１は、銅からなる下層金属層１ａと、下層金属層１ａ上に形成されたＦｅ−Ｎｉ系合金（いわゆるインバー合金）からなる中間金属層１ｂと、中間金属層１ｂ上に形成された銅からなる上層金属層１ｃとが積層されたクラッド材によって構成されている。銅からなる下層金属層１ａおよび上層金属層１ｃは、約１２ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有する。また、インバー合金からなる中間金属層１ｂは、ＦｅにＮｉが約３６％含有された合金からなるとともに、約０．２ｐｐｍ／℃〜約５ｐｐｍ／℃の小さい熱膨張係数を有する。すなわち、中間金属層１ｂの熱膨張係数（約０．２ｐｐｍ／℃〜約５ｐｐｍ／℃）は、下層金属層１ａおよび上層金属層１ｃの熱膨張係数（約１２ｐｐｍ／℃）よりも小さい。また、下層金属層１ａ、中間金属層１ｂおよび上層金属層１ｃの厚みの比率は、１：１：１であり、基板１の熱膨張係数が約６ｐｐｍ／℃〜約８ｐｐｍ／℃になるように調節されている。なお、下層金属層１ａ、中間金属層１ｂおよび上層金属層１ｃは、それぞれ、本発明の「第１金属層」、「第２金属層」および「第３金属層」の一例である。

また、本実施形態では、基板１を構成する３層（１ａ〜１ｃ）のうち、最上面の上層金属層１ｃの表面部分に、約０．１μｍ〜約０．３μｍの厚みを有する酸化銅膜１ｄが形成されている。この酸化銅膜１ｄは、上層金属層１ｃの表面部分が酸化されることにより形成されている。また、本実施形態では、基板１（酸化銅膜１ｄ）の表面は、算術平均粗さＲａが約１０μｍ〜約２０μｍの凹凸形状に形成されている。

基板１（酸化銅膜１ｄ）の凹凸形状の表面上には、約６０μｍ〜約１６０μｍの厚みを有するエポキシ樹脂を主成分とする１層目の樹脂層２が形成されている。この樹脂層２は、絶縁層として機能する。また、樹脂層２の熱膨張係数は、約１７ｐｐｍ／℃〜約１８ｐｐｍ／℃である。なお、樹脂層２は、本発明の「絶縁層」および「第１絶縁層」の一例である。

ここで、本実施形態では、エポキシ樹脂を主成分とする樹脂層２の熱伝導率を高くするために、約３０μｍ以上の大きい直径を有する充填剤が樹脂層２に添加されている。この充填剤としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）および窒化ホウ素（ＢＮ）などがある。また、充填剤の重量充填率は、約６０％〜約８０％である。なお、アルミナやシリカなどの充填剤が添加されたエポキシ樹脂の熱伝導率は、約２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、充填剤が添加されていないエポキシ樹脂の熱伝導率（約０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも高い。

また、本実施形態では、後述するＬＳＩチップ９の下方に位置する樹脂層２の所定領域に、約１００μｍの直径を有するとともに、樹脂層２を貫通する５つのビアホール２ａが形成されている。また、後述するチップ抵抗１０の下方に位置する樹脂層２の所定領域には、約１００μｍの直径を有するとともに、樹脂層２を貫通する２つのビアホール２ｂが形成されている。なお、ビアホール２ａおよび２ｂは、本発明の「開口部」の一例である。そして、樹脂層２上の所定領域には、約１５μｍの厚みを有するとともに、サーマルビア部３ａおよび３ｂと、配線部３ｃとを含む１層目の銅からなる導電層３が形成されている。なお、導電層３は、本発明の「第１導電層」の一例であり、配線部３ｃは、本発明の「第１配線」の一例である。導電層３のサーマルビア部３ａは、ＬＳＩチップ９の下方の領域に配置されているとともに、基板１の表面に接触するように、ビアホール２ａ内に埋め込まれた部分を有する。また、サーマルビア部３ｂは、チップ抵抗１０の下方の領域に位置するビアホール２ｂ内に埋め込まれている。この導電層３のサーマルビア部３ａおよび３ｂは、基板１に熱を放熱する機能を有する。なお、ビアホール２ａおよび２ｂ内に導電層３が埋め込まれた状態での樹脂層２の熱伝導率は、約６Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜約８Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。また、導電層３の配線部３ｃは、サーマルビア部３ａの端部から所定の間隔を隔てた領域に配置されている。

また、本実施形態では、導電層３を覆うように、上記した１層目の樹脂層２と同じ厚みおよび組成を有する２層目の樹脂層４が形成されているとともに、樹脂層４上の所定領域に、上記した１層目の導電層３と同じ厚みを有する２層目の銅からなる導電層５が形成されている。そして、２層目の樹脂層４および導電層５は、１層目の導電層３のサーマルビア部３ａに熱を伝達するための構造を有する。なお、樹脂層４は、本発明の「絶縁層」および「第２絶縁層」の一例であり、導電層５は、本発明の「第２導電層」の一例である。

具体的には、樹脂層４のＬＳＩチップ９の下方に位置する領域に、約１００μｍの直径を有するとともに、樹脂層４を貫通する５つのビアホール４ａが形成されている。この５つのビアホール４ａは、それぞれ、５つのビアホール２ａに対応する位置に形成されている。また、樹脂層４には、導電層３の配線部３ｃに対応する領域に、約１００μｍの直径を有するとともに、樹脂層４を貫通する２つのビアホール４ｂが形成されている。また、導電層５は、サーマルビア部５ａと、ワイヤボンディング部５ｂと、配線部５ｃおよび５ｄとを含む。なお、配線部５ｄは、本発明の「第２配線」の一例である。そして、導電層５のサーマルビア部５ａは、ＬＳＩチップ９の下方の領域に配置されているとともに、導電層３のサーマルビア部３ａの表面に接触するように、ビアホール４ａ内に埋め込まれた部分を有する。この導電層５のサーマルビア部５ａは、ＬＳＩチップ９およびチップ抵抗１０で発生した熱を導電層３のサーマルビア部３ａに伝達して放熱する機能を有する。また、導電層５のワイヤボンディング部５ｂは、ビアホール４ｂに対応する領域に配置されているとともに、導電層３の配線部３ｃの表面に接触するように、ビアホール４ｂ内に埋め込まれた部分を有する。導電層５の配線部５ｃは、チップ抵抗１０の下方の領域に配置されている。導電層５の配線部５ｄは、後述するリード１１の下方の領域に配置されている。そして、図示しないが、２層目の導電層５の配線部５ｄは、１層目の導電層３の配線部３ｃと平面的に見て交差するように配置されている。

また、導電層５を覆うように、導電層５のワイヤボンディング部５ｂ、配線部５ｃおよび５ｄに対応する領域に開口部を有するソルダーレジスト層６ａが形成されている。このソルダーレジスト層６ａは、導電層５の保護膜として機能する。また、ソルダーレジスト層６ａは、メラミン誘導体、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂およびポリアミドビスマレイミドなどの熱硬化性樹脂からなる。なお、液晶ポリマー、エポキシ樹脂およびメラミン誘導体は、高周波特性に優れているので、ソルダーレジスト層６ａの材料として好ましい。また、ソルダーレジスト層６ａに、ＳｉＯ_２などの充填剤を添加してもよい。ＬＳＩチップ９は、導電層５のサーマルビア部５ａ上のソルダーレジスト層６ａ上に、約２０μｍの厚みを有するエポキシ樹脂からなる樹脂層６を介して装着されている。なお、ＬＳＩチップ９では、単結晶シリコン基板（図示せず）が用いられており、熱膨張係数は、約４ｐｐｍ／℃である。このＬＳＩチップ９は、ワイヤ７によって、導電層５のワイヤボンディング部５ｂに電気的に接続されている。また、チップ抵抗１０は、導電層５の配線部５ｃ上に、半田などのロウ材からなる融着層８ａを介して装着されているとともに、融着層８ａにより配線部５ｃに電気的に接続されている。なお、ＬＳＩチップ９およびチップ抵抗１０は、本発明の「回路素子」の一例である。また、リード１１は、導電層５の配線部５ｄ上に、半田などのロウ材からなる融着層８ｂを介して装着されているとともに、融着層８ｂにより配線部５ｄに電気的に接続されている。

また、図１および図２に示すように、装置内部に装着されたＬＳＩチップ９およびチップ抵抗１０などを保護するために、ＬＳＩチップ９およびチップ抵抗１０を覆うように、エポキシ樹脂からなる樹脂層１２が形成されている。また、図１に示すように、リード１１は、混成集積回路装置の１つの辺に複数設けられている。

本実施形態では、上記のように、基板１を凹凸形状の表面を有するように形成するとともに、その基板１の凹凸形状の表面上に、エポキシ樹脂を主成分とする絶縁層としての樹脂層２を形成することによって、基板１と樹脂層２との接触面積を増加させることができる。これにより、基板１と樹脂層２との間の密着性を向上させることができる。その結果、基板１から絶縁層として機能する樹脂層２が剥離するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、約０．２ｐｐｍ／℃〜約５ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有する銅からなる下層金属層１ａおよび上層金属層１ｃと、約０．２ｐｐｍ／℃〜約５ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有するインバー合金からなる中間金属層１ｂとを含む基板１を用いるとともに、下層金属層１ａ、中間金属層１ｂおよび上層金属層１ｃの厚みの比率を１：１：１にすることによって、基板１の熱膨張係数を約６ｐｐｍ／℃〜約８ｐｐｍ／℃にすることができるので、基板１の熱膨張係数（約６ｐｐｍ／℃〜約８ｐｐｍ／℃）を、ＬＳＩチップ９の熱膨張係数（約４ｐｐｍ／℃）および樹脂層２の熱膨張係数（約１７ｐｐｍ／℃〜約１８ｐｐｍ／℃）の両方に近づけることができる。これにより、基板１とＬＳＩチップ９および樹脂層２との間の熱膨張係数差に起因して、基板１から樹脂層２が剥離するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、基板１（上層金属層１ｃ）の表面を酸化することにより、基板１（上層金属層１ｃ）の表面部分に酸化銅膜１ｄを形成することによって、基板１と導電層３の配線部３ｃとの間に位置する樹脂層２の絶縁性が劣化したとしても、基板１の表面部分の酸化銅膜１ｄが絶縁層として機能するので、基板１と導電層３の配線部３ｃとの間の絶縁耐圧が低下するのを抑制することができる。また、基板１（上層金属層１ｃ）の表面部分の酸化銅膜１ｄの厚みを約２μｍ〜約３μｍに設定することによって、酸化銅膜１ｄの厚みが約３μｍを越える場合よりも上層金属層１ｃに対する密着性が高くなるので、酸化銅膜１ｄが剥離するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、エポキシ樹脂を主成分とする樹脂層２および４に、樹脂層２および４の熱伝導率を高くするためのアルミナまたはシリカなどの充填剤を添加することによって、樹脂層２および４の熱伝導率が高くなるので、樹脂層２および４の放熱性を向上させることができる。また、樹脂層２に添加された充填材が基板１との界面近傍に位置することに起因して基板１と樹脂層２との接触面積が減少する場合にも、基板１の凹凸形状の表面により、基板１と樹脂層２との接触面積が増加されるので、樹脂層２に充填剤を添加したとしても、基板１と樹脂層２との密着性が低下するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、樹脂層２のＬＳＩチップ９の下方に位置する領域に、サーマルビア部５ａおよび３ａを形成することによって、ＬＳＩチップ９から多量の熱が発生した場合に、その熱をサーマルビア部５ａおよび３ａを介して基板１に容易に伝達して放熱することができる。また、樹脂層２のチップ抵抗１０の下方に、基板１の表面に接触するサーマルビア部３ｂを形成することによって、チップ抵抗１０から多量の熱が発生した場合に、その熱をサーマルビア部３ｂを介して基板１に容易に放熱することができる。

また、本実施形態では、基板１の表面上に、１層目の樹脂層２および導電層３を順次形成するとともに、１層目の導電層３上に、２層目の樹脂層４および導電層５を順次形成することによって、導電層３の配線部３ｃと導電層５の配線部５ｄとを樹脂層４により絶縁することができる。これにより、導電層３の配線部３ｃと導電層５の配線部５ｄとを平面的に見て交差させたとしても、導電層３の配線部３ｃと導電層５の配線部５ｄとが電気的に短絡するのを抑制することができる。その結果、配線部３ｃおよび５ｄの引き回しの自由度を向上させることができるとともに、配線密度を向上させることができる。

図３〜図１５は、図２に示した一実施形態による混成集積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。次に、図２〜図１５を参照して、本実施形態による混成集積回路装置の製造プロセスについて説明する。

まず、図３に示すように、約１２ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有する銅からなる下層金属層１ａおよび上層金属層１ｃと、約０．２ｐｐｍ／℃〜約５ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有するとともに、インバー合金からなる中間金属層１ｂとを含む基板１を形成する。具体的には、下層金属層１ａおよび上層金属層１ｃの間に中間金属層１ｂを配置した状態で圧着することにより３層構造のクラッド材からなる基板１を形成する。この際、基板１の厚みが約１００μｍ〜約３ｍｍ（たとえば、約１．５ｍｍ）になるように、下層金属層１ａ、中間金属層１ｂおよび上層金属層１ｃのそれぞれの厚みを設定する。なお、本実施形態では、下層金属層１ａ、中間金属層１ｂおよび上層金属層１ｃの厚みの比率を１：１：１に設定する。これにより、基板１の熱膨張係数が約６ｐｐｍ／℃〜約８ｐｐｍ／℃になる。

この後、サンドブラスト技術、ウェットブラスト技術またはウェットエッチング技術を用いて、基板１を構成する最上面の上層金属層１ｃの表面を、算術平均粗さＲａが約１０μｍ〜約２０μｍの凹凸形状になるように粗面化する。なお、サンドブラスト技術とは、研磨剤をコンプレッサからの圧縮空気で加速させることにより、被加工物（ワーク）に研磨剤を吹き付ける技術である。また、ウェットブラスト技術とは、研磨剤を混合した液体をコンプレッサからの圧縮空気で加速させることにより、被加工物（ワーク）に研磨剤を吹き付ける技術である。

次に、図４に示すように、基板１を百数十度の温度条件下で熱処理することによって、基板１の最上面の上層金属層１ｃの凹凸形状の表面を酸化する。これにより、基板１の最上面の上層金属層１ｃの凹凸形状の表面部分が、約０．１μｍ〜約０．３μｍの厚みを有する酸化銅膜１ｄとなる。

次に、図５に示すように、基板１（酸化銅膜１ｄ）の凹凸形状の表面上に、アルミナまたはシリカなどの充填剤が添加されたエポキシ樹脂を塗布することによって、約６０μｍ〜約１６０μｍの厚みを有する樹脂層２を形成する。この後、樹脂層２上に、約３μｍの厚みを有する銅箔３ｄを圧着する。

次に、図６に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ビアホール２ａおよび２ｂ（図２参照）の形成領域上に位置する銅箔３ｄを除去する。これにより、樹脂層２のビアホール２ａおよび２ｂの形成領域が露出される。

次に、図７に示すように、銅箔３ｄの上方から炭酸ガスレーザまたはエキシマレーザを照射することによって、樹脂層２の露出した表面から基板１の表面に達するまでの領域を除去する。これにより、樹脂層２に、約１００μｍの直径を有するとともに、樹脂層２を貫通する５つのビアホール２ａおよび２つのビアホール２ｂを形成する。このビアホール２ａおよび２ｂは、それぞれ、後述するサーマルビア部３ａおよび３ｂを形成するために設けられる。

次に、図８に示すように、無電解メッキ法を用いて、銅箔３ｄ（図７参照）の上面およびビアホール２ａおよび２ｂの内面上に、銅を約０．５μｍの厚みでメッキする。続いて、電解メッキ法を用いて、銅箔３ｄの上面およびビアホール２ａおよび２ｂの内部に、メッキする。なお、本実施形態では、メッキ液中に、抑制剤および促進剤を添加することによって、抑制剤を銅箔３ｄの上面上に吸着させるとともに、促進剤をビアホール２ａおよび２ｂの内面上に吸着させる。これにより、ビアホール２ａおよび２ｂの内面上の銅メッキの厚みを大きくすることができるので、ビアホール２ａおよび２ｂ内に銅を埋め込むことができる。その結果、図８に示すように、樹脂層２上に、約１５μｍの厚みを有する導電層３が形成されるとともに、ビアホール２ａおよび２ｂ内に、導電層３が埋め込まれる。

上記した銅メッキ工程において、本実施形態では、ＦｅとＮｉとを含むインバー合金からなる中間金属層１ｂを、銅からなる下層金属層１ａおよび上層金属層１ｃにより挟んだ基板１を用いているので、インバー合金からなる中間金属層１ｂの成分がメッキ液中に溶出することに起因して、メッキ液が劣化するのを抑制することができる。

次に、図９に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、導電層３をパターニングする。これにより、ＬＳＩチップ９（図２参照）の下方の領域に位置するサーマルビア部３ａと、チップ抵抗１０（図２参照）の下方の領域に位置するサーマルビア部３ｂと、サーマルビア部３ａの端部から所定の間隔を隔てた領域に位置する配線部３ｃとを形成する。

次に、図１０に示すように、導電層３を覆うように、アルミナまたはシリカなどの充填剤が添加されたエポキシ樹脂を塗布することによって、約６０μｍ〜約１６０μｍの厚みを有する樹脂層４を形成する。この後、樹脂層４上に、約３μｍの厚みを有する銅箔５ｅを圧着する。

次に、図１１に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ビアホール４ａおよび４ｂ（図２参照）の形成領域上に位置する銅箔５ｅを除去する。これにより、樹脂層４のビアホール４ａおよび４ｂの形成領域が露出される。

次に、図１２に示すように、銅箔５ｅの上方から炭酸ガスレーザまたはエキシマレーザを照射することによって、樹脂層４の露出した表面から導電層３の表面に達するまでの領域を除去する。これにより、樹脂層４に、約１００μｍの直径を有するとともに、樹脂層４を貫通する５つのビアホール４ａおよび２つのビアホール４ｂを形成する。

次に、図１３に示すように、無電解メッキ法を用いて、銅箔５ｅ（図１２参照）の上面およびビアホール４ａおよび４ｂの内面上に、銅を約０．５μｍの厚みでメッキする。続いて、電解メッキ法を用いて、銅箔５ｅの上面およびビアホール４ａおよび４ｂの内部に、メッキする。この際、メッキ液中に、抑制剤および促進剤を添加することによって、抑制剤を銅箔５ｅの上面上に吸着させるとともに、促進剤をビアホール４ａおよび４ｂの内面上に吸着させる。これにより、ビアホール４ａおよび４ｂの内面上の銅メッキの厚みを大きくすることができるので、ビアホール４ａおよび４ｂ内に銅を埋め込むことができる。その結果、樹脂層４上に、約１５μｍの厚みを有する導電層５が形成されるとともに、ビアホール４ａおよび４ｂ内に、導電層５が埋め込まれる。

次に、図１４に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、導電層５をパターニングする。これにより、ＬＳＩチップ９（図２参照）の下方の領域に位置するサーマルビア部５ａと、サーマルビア部５ａの端部から所定の間隔を隔てた領域に位置するワイヤボンディング部５ｂと、チップ抵抗１０（図２参照）の下方の領域に位置する配線部５ｃと、リード１１（図２参照）の下方の領域に位置する配線部５ｄとを形成する。

次に、図１５に示すように、導電層５を覆うように、導電層５のワイヤボンディング部５ｂ、配線部５ｃおよび５ｄに対応する領域に開口部を有するソルダーレジスト層６ａを形成する。そして、導電層５のサーマルビア部５ａ上のソルダーレジスト層６ａ上に、約５０μｍの厚みを有するエポキシ樹脂からなる樹脂層６を介してＬＳＩチップ９を装着する。このＬＳＩチップ９を装着した後の樹脂層６の厚みは、約２０μｍとなる。この後、ＬＳＩチップ９と導電層５のワイヤボンディング部５ｂとをワイヤ７により電気的に接続する。また、導電層５の配線部５ｃ上に、半田などのロウ材からなる融着層８ａを介してチップ抵抗１０を装着する。また、導電層５の配線部５ｄ上に、半田などのロウ材からなる融着層８ｂを介してリード１１を装着する。なお、チップ抵抗１０およびリード１１は、それぞれ、融着層８ａおよび８ｂを介して配線部５ｃおよび５ｄに電気的に接続される。

最後に、図２に示したように、基板１上のＬＳＩチップ９やチップ抵抗１０を保護するために、ＬＳＩチップ９やチップ抵抗１０を覆うように、エポキシ樹脂からなる樹脂層１２を形成することによって、本実施形態による混成集積回路装置が形成される。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、ＬＳＩチップおよびチップ抵抗が装着された混成集積回路装置に本発明を適用したが、本発明はこれに限らず、ＬＳＩチップおよびチップ抵抗以外の回路素子が装着された混成集積回路装置や混成集積回路装置以外の半導体集積回路装置にも適用可能である。

また、上記実施形態では、基板の表面を酸化することにより、基板の表面部分に酸化銅膜を形成したが、本発明はこれに限らず、基板の表面を酸化しなくてもよい。また、基板の表面を窒化することにより、基板の表面部分に窒化銅膜を形成してもよい。

また、上記実施形態では、インバー合金（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）からなる中間金属層を、銅からなる下層金属層および上層金属層により挟んだ基板を用いたが、本発明はこれに限らず、インバー合金からなる中間金属層を、アルミニウムからなる下層金属層および上層金属層により挟んだ基板を用いてもよい。また、インバー合金からなる中間金属層を、銅からなる下層金属層（上層金属層）とアルミニウムからなる上層金属層（下層金属層）とにより挟んだ基板を用いてもよい。なお、基板を構成する上層金属層がアルミニウムからなる場合、基板（上層金属層）の表面を陽極酸化法を用いて酸化すれば、基板（上層金属層）の表面部分に形成される絶縁層として機能するアルミニウム酸化膜を緻密化することができる。また、インバー合金からなる中間金属層に代えて、Ｆｅに約３２％のＮｉと約５％のＣｏとが含有された合金（いわゆるスーパーインバー合金）からなる中間金属層を用いてもよいし、Ｆｅに約２９％のＮｉと約１７％のＣｏとが含有された合金（いわゆるコバール合金）からなる中間金属層を用いてもよい。

また、上記実施形態では、基板１を構成する下層金属層、中間金属層および上層金属層の厚みの比率を、１：１：１に設定したが、本発明はこれに限らず、下層金属層、中間金属層および上層金属層の厚みの比率を、１：３：１に設定してもよい。

また、上記実施形態では、１層目の導電層上に２層目の絶縁層および導電層が順次形成された２層構造の回路装置に本発明を適用する例を説明したが、本発明はこれに限らず、１層構造の回路装置にも適用可能である。また、２層目の導電層上に、さらに３層目の絶縁層および導電層が順次形成された回路装置にも適用可能である。また、４層以上の多層構造の回路装置にも適用可能である。

また、上記実施形態では、約３０μｍ以上の直径を有する充填剤が添加された樹脂層を用いたが、本発明はこれに限らず、約３０μｍの直径を有する充填剤と約２μｍの直径を有する充填剤とが混在した樹脂層を用いてもよい。

また、上記実施形態では、銅からなる下層金属層および上層金属層と、インバー合金からなる中間金属層とを含む３層構造の基板を用いたが、本発明はこれに限らず、４層以上の多層構造の基板を用いてもよい。また、基板に、樹脂層、セラミックス層および半導体層の少なくとも１つが含まれていてもよい。

本発明の一実施形態による混成集積回路装置（ハイブリッドＩＣ）を示した斜視図である。 図１の１００−１００線に沿った断面図である。 図２に示した一実施形態による混成集積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。 図２に示した一実施形態による混成集積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。 図２に示した一実施形態による混成集積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。 図２に示した一実施形態による混成集積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。 図２に示した一実施形態による混成集積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。 図２に示した一実施形態による混成集積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。 図２に示した一実施形態による混成集積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。 図２に示した一実施形態による混成集積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。 図２に示した一実施形態による混成集積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。 図２に示した一実施形態による混成集積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。 図２に示した一実施形態による混成集積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。 図２に示した一実施形態による混成集積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。 図２に示した一実施形態による混成集積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。 従来の回路装置の構造を概略的に示した断面図である。

符号の説明

１ 基板
１ａ 下層金属層（第１金属層）
１ｂ 中間金属層（第２金属層）
１ｃ 上層金属層（第３金属層）
２ 樹脂層（絶縁層、第１絶縁層）
２ａ、２ｂ ビアホール（開口部）
３ 導電層（第１導電層）
３ｃ 配線部（第１配線）
４ 樹脂層（絶縁層、第２絶縁層）
５ 導電層（第２導電層）
５ｄ 配線部（第２配線部）
９ ＬＳＩチップ（回路素子）
１０ チップ抵抗（回路素子）

Claims (11)

1. 第１の熱膨張係数を有する第１金属層と、前記第１金属層上に形成され、前記第１金属層の第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有する第２金属層と、前記第２金属層上に形成され、前記第２金属層の第２の熱膨張係数とは異なる第３の熱膨張係数を有する第３金属層とを含む金属を主体とする基板と、
   前記基板上に形成された絶縁層と、
   前記絶縁層上に形成された導電層と、
   前記導電層に電気的に接続された回路素子とを備えた、回路装置。
2. 前記基板を構成する前記第１金属層、前記第２金属層および前記第３金属層のそれぞれの厚みは、前記基板の熱膨張係数が、前記絶縁層の熱膨張係数および前記回路素子の熱膨張係数の両方に近づくように調節されている、請求項１に記載の回路装置。
3. 前記第２金属板の第２の熱膨張係数は、前記第１金属板の第１の熱膨張係数および前記第３金属板の第３の熱膨張係数よりも小さい、請求項１または２に記載の回路装置。
4. 前記絶縁層は、樹脂を主成分とする絶縁層を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回路装置。
5. 前記樹脂を主成分とする絶縁層には、前記絶縁層の熱伝導率を高くするための充填剤が添加されている、請求項４に記載の回路装置。
6. 前記絶縁層は、前記回路素子の下方に位置する領域に設けられ、前記基板の表面に達する開口部を含み、
   前記絶縁層上の前記導電層は、前記開口部を介して前記基板の表面に接触するように形成されているとともに、前記開口部を介して前記基板に熱を伝達する機能を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回路装置。
7. 前記第１金属層および前記第３金属層の構成材料は、前記導電層の構成材料と同じである、請求項６に記載の回路装置。
8. 前記絶縁層は、前記基板上に形成された第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に形成された第２絶縁層とを含み、
   前記導電層は、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間に形成された第１導電層と、前記第２絶縁層上に形成された第２導電層とを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の回路装置。
9. 前記第１導電層により構成される第１配線と、前記第２導電層により構成される第２配線とをさらに含み、
   前記第１配線と前記第２配線とは、平面的に見て交差している、請求項８に記載の回路装置。
10. 前記基板は、凹凸形状の表面を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の回路装置。
11. 前記基板の表面は、酸化または窒化されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回路装置。

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