JP2006222332A - 集合回路材料の製造方法および集合回路材料を用いた部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１つまたは複数の同形状または類似形状の回路配線体が基材によって複数連なり、基材の全部または一部分を除去または分離することにより個別の回路配線体を構成することができる集合回路材料の製造方法、および集合回路材料を用いた部品の製造方法の提供。
【解決手段】５層のクラッド材料に金めっきを施し、これをマスクとして利用してエッチング加工を行い、集合回路材料を製造する。次に、異方性導電樹脂などの接合材を使ってＩＣなどの半導体と接続し、樹脂を充填して固定した後、ダイシングして分離しウェハーレベルＣＳＰとして用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は、１つまたは複数の同形状または類似形状の回路配線体が基材によって複数連なり、基材の全部または一部分を除去または分離することにより個別の回路配線体を構成することができる集合回路材料の製造方法、および集合回路材料を用いる部品の製造方法に関する。

近年、ＣＳＰ（チップスケールパッケージ）の発展型としてウェハーレベルでのＣＳＰが各種提案されてきている。しかしながら多くのものはＩＣ側に何らかの再配線工程を伴うことが必然となってきている。特許文献１には、５層のクラッド板を用いてプリント配線板を製造する方法が、特許文献２には、過剰な熱や圧力を加えることなく金属板同士を接合する方法が、それぞれ開示されている。

特願２０００−５６１８０３号公報 特開平１−２２４１８４号公報

本発明は、１つまたは複数の同形状または類似形状の回路配線体が基材により複数連なり、基材の全部または一部分を除去または分離することにより個別の回路配線体を構成することができる集合回路材料の製造方法、および集合回路材料を用いる部品の製造方法を提供することを課題とする。

前記課題に対する第１の解決手段として本発明の集合回路材料の製造方法は、１つまたは複数の回路部位を基本構成単位として、この基本構成単位を基材の少なくとも一面に複数配置し、基材の少なくとも一部を除去または分離することによって基本構成単位を独立した回路として機能させる方法とした。または集合回路材料を形成する基材に複数の貫通する開口が配する方法とした。あるいは集合回路材料をクラッド材料により形成する方法とした。

前記課題に対する第２の解決手段として本発明の部品の製造方法は、上述のいずれかの集合回路材料を用いる方法とした。または集合回路材料を形成する基材により基本構成単位が接続される方法とした。または集合回路材料を形成する基材がエッチング処理により分離される方法とした。あるいはＣＳＰ、インターポーザ、ＩＣパッケージ、プリント配線板用途のいずれかに適用する方法とした。

本発明の製造方法においては、以下に説明するように、集合回路材料の基材部位を全部または一部除去することにより基本構成回路が完成するため、再配線のような余分で複雑な工程を必要とせず、またウェハーをダイシングする前に一括して回路配線処理を行いうるためハンドリングなどの手間を回避することが可能であり、高い生産性を得ることができる。さらに本発明の製造方法では、基材がほぼ全面に接続されている状態ではＩＣなどの集合回路素材を電気的、機械的に保護し、高い信頼性を持たせることができる。本発明の部品の製造方法はＣＳＰ、インターポーザ、ＩＣパッケージ、プリント配線板用途などに好適である。

以下に、本発明の製造方法を説明する。図１は、本発明の製造方法を用いた集合回路材料の一実施形態を示す概略断面図であり、平板状の材料層１６に回路材料などの一部となる凸状の部位を一個またはそれ以上まとめて配置して基本となる構成部位を形成させ、この基本構成部位をさらに複数基材の少なくとも一面に配置した構造の例を示している。なお各面での構成部位の配置や形状などは異なっていてもよい。図１には異なる形状の凸状部位１９およびめっき部位１７が基材上下にそれぞれ配設されいる例が示されている。集合回路材料は、プレス成形などにより直接的に形成して必要なめっき処理などを施すことによって製造することも可能であるし、凸状部位をプレス成形などにより形成してろう材などによって接合し必要なめっき処理などを施すことによっても製造することができる。図２は、図１の形態を実現するための一実施形態として、クラッド材料を用いる場合の概略断面図が示されており、凸状部位１９がめっき部位１１と材料層１２、１３、１４、１５の５層で成り立っていることを示している。また図１の形状はクラッド材料によらなくとも形成することは可能である。図３は、図２に示されている形態の集合回路材料を製造するための５層の材料層１２、１３、１４、１５、１６からなるクラッド材料１０を開示している。

クラッド材料１０は、例えば活性化接合法によって製造することができる。クラッド材料１０を形成する５層の材料層が全て板材である場合について、まず材料層１２、１３が共に板材である場合の活性化接合法を用いたクラッド材料の製造方法について説明する。図１０に示すように、真空槽５２内において、巻き戻しリール６２に設置された材料層１２の接合予定面側を、活性化処理装置７０で活性化処理する。同様にして巻き戻しリール６４に設置された材料層１３の接合予定面側を、活性化処理装置８０で活性化処理する。

活性化処理は、以下のようにして実施する。すなわち、真空槽５２内に装填された材料層１２および１３をそれぞれアース接地された一方の電極Ａと接触させ、絶縁支持された他の電極Ｂとの間に、１０〜１×１０^−３Ｐａの極低圧不活性ガス雰囲気中で、１〜５０ＭＨｚの交流を印加してグロー放電を行わせ、グロー放電によって生じたプラズマ中に露出される電極Ａと接触した材料層１２、１３のそれぞれの接合予定面側の面積が、実効的に電極Ｂの面積の１／３以下となるようにスパッタエッチング処理する。不活性ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトンなどやこれらを含む混合体を適用することができる。好ましくはアルゴンである。なお不活性ガス圧力が１×１０^−３Ｐａ未満では安定したグロー放電が行いにくく高速エッチングが困難であり、１０Ｐａを超えると活性化処理効率が低下する。印加する交流は、１ＭＨｚ未満では安定したグロー放電を維持するのが難しく連続エッチングが困難であり、５０ＭＨｚを超えると発振し易く電力の供給系が複雑となり好ましくない。また、効率よくエッチングするためには電極Ａと接触した材料層１２、１３のそれぞれの面積を実効的に電極Ｂの面積より小さくする必要があり、実効的１／３以下とすることにより充分な効率でエッチング可能となる。

その後、活性化処理された材料層１２、１３を積層接合する。積層接合は、材料層１２、１３の接合予定面側が対向するようにして両者を当接して重ね合わせ圧接ユニット６０で冷間圧接を施すことによって達成される。この際の積層接合は低温度で可能であり、材料層１２、１３ならびに接合部に組織変化や合金層の形成などといった悪影響を軽減または排除することが可能である。Ｔを材料層１２、１３の温度（℃）とするとき、０℃＜Ｔ＜３００℃で良好な圧接状態が得られる。０℃以下では特別な冷却装置が必要となり、３００℃以上では組織変化などの悪影響が生じてくるため好ましくない。また圧延率Ｒ（％）は、０．０１％≦Ｒ≦３０％であることが好ましい。０．０１％未満では充分な接合強度が得られず、３０％を超えると変形が大きくなり加工上好ましくない。より好ましくは、０．１％≦Ｒ≦３％である。さらに好ましくは、１％＜Ｒ≦３％である。

このように積層接合することにより、所要の層厚みを有する２層構造のクラッド材料を形成することができ、巻き取りロール６６に巻き取られる。さらに必要により所定の大きさに切り出してもよい。クラッド材料では、接合部位に各種の物理的性質を阻害するような合金などの生成を無くしたり抑えたりすることができるので、エッチング加工性や成形性などが優れており、選択エッチング加工などには好適に用いることができる。またこのようにして製造されたクラッド材料に、必要により残留応力の除去または低減などのために問題が生じない範囲で熱処理を施してもよいし、さらに半田めっきなどの膜材などを積層してもよい。また上記活性化処理工程と積層接合工程の間にスッパタリング工程を入れて、材料層１２、１３の一方または双方にそれらと同種または異種のスパッタリング層を形成してもよい。

３層のクラッド材料は、例えば上記説明において、材料層１２の代わりに材料層１２−材料層１３接合の２層のクラッド材料を用い、材料層１３の代わりに材料層１４を用いることにより製造することができる。同様にして４層の以上のクラッド材料も製造することができる。また少数層どうしのクラッド材料を接合することによっても製造することができる。なお材料層の一部がめっき層である場合、例えば材料層１３、１５がめっき層である場合には、材料層１４に両面めっきを施して材料層１３−材料層１４−材料層１５のめっき板を形成させてこれに材料層１２、１６をそれぞれ活性化接合することにより製造することなども可能である。

材料層の材質としては、集合回路材料を製造可能な素材で、回路を構成するのにふさわしい材質であれば特にその種類は限定されず、集合回路材料の用途により適宜選択して用いることができる。例えば、常温で固体である金属や、これらの金属のうち少なくとも１種類を含む合金や、これらの金属や合金を少なくとも１層有する積層体などの材質である。例えば導電性に優れた金属であれば、Ｃｕ、Ａｌなどや、これらの金属のうち少なくとも１種類を含む導電性の優れた合金などを適用することができる。Ｃｕ系合金としては、ＪＩＳに規定の無酸素銅、タフピッチ銅、リン青銅、黄銅や、銅ベリリウム系合金（例えば、ベリリウム２％、残部が銅の合金など）、銅銀系合金（例えば、銀３〜５％、残部が銅の合金など）など、Ａｌ系合金としては、ＪＩＳに規定の１０００系、３０００系などのアルミニウム合金を適用することができる。

常温で固体である金属とは、例えば、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏなどである。これらの金属のうち少なくとも１種類を含む合金には、例えば、ＪＩＳに規定の合金なども含むことができ、合金鋼やステンレス鋼の他にも、Ｃｕ系合金では、無酸素銅、タフピッチ銅、りん脱酸銅、丹銅、黄銅、快削黄銅、すず入り黄銅、アドミラルティ黄銅、ネーバル黄銅、アルミニウム青銅、白銅など、Ａｌ系合金では、１０００系、２０００系、３０００系、５０００系、６０００系、７０００系など、Ｎｉ系合金では、常炭素ニッケル、低炭素ニッケル、ニッケル−銅合金、ニッケル−銅−アルミニウム−チタン合金、ニッケル−モリブデン合金、ニッケル−モリブデン−クロム合金、ニッケル−クロム−鉄−モリブデン−銅合金、ニッケル−クロム−モリブデン−鉄合金などがある。これらの金属や合金を少なくとも１層有する積層体とは、例えば、クラッド材、めっき材、蒸着膜材などであり、金属間化合物などの合金層も含めてもよい。

材料層の厚みは、集合回路材料を製造可能であれば特に限定はされず、集合回路材料の用途により適宜選定して用いることができる。材料層の厚みは、例えば１〜１０００μｍであることが好ましい。１μｍ未満では板材としての製造が難しくなり、１０００μｍを超えると重くなりすぎる。より好ましくは、５〜５００μｍである。なお材料層は、電解箔や圧延箔などの板材であってもよいし、板材にめっきや蒸着などによる膜材を予め積層したものであってもよいし、クラッド材などの積層体でもよいし、さらに積層体に拡散処理などを施したものであってもよい。また材料層そのものがめっき層やスパッタ層などの膜材で形成されていてもよい。

クラッド材料の製造にはバッチ処理を用いることも可能である。すなわち真空槽内に予め所定の大きさに切り出された材料層を複数装填して活性化処理装置に搬送して垂直または水平など適切な位置に処理すべき面を対向または並置した状態などで設置または把持して固定して活性化処理を行い、さらに材料層を保持する装置が圧接装置を兼ねる場合には活性化処理後に設置または把持したまま圧接し、材料層を保持する装置が圧接装置を兼ねない場合にはプレス装置などの圧接装置に搬送して圧接を行うことにより達成される。なお活性化処理は、材料層を絶縁支持された一方の電極Ａとし、アース接地された他の電極Ｂとの間で行うことが好ましい。

このようにして図３に示す５層のクラッド材料１０を得ることができる。次に図２に示す集合回路材料２１の製造方法について説明する。クラッド材料１０を集合回路材料２１の製造に用いる場合には、クラッド材料１０の各材料層について、それぞれ加工性に適する特質をもたせることが可能である。例えば、エッチング加工ならば選択エッチング性などである。材料層１２、１４、１６を同種の材料種とし、材料層１３、１５をそれらとは異なる同種の材料種とする。このとき材料層１２、１４、１６に対して材料層１３、１５に選択エッチング性を有する材料を選択することができる。例えば、材料層１２、１４、１６は銅系材料からなり、材料層１３、１５はニッケル系材料からなる場合などである。説明のために、クラッド材料層が銅とニッケルが交互に積層された５層構造からなるとする。すなわち、銅層−ニッケル層−銅層−ニッケル層−銅層の５層構造である。エッチング液として、銅系材料のエッチング加工に対して過硫酸アンモニウム、硫酸＋過酸化水素水、アルカリエッチング液などを適宜選定して用い、銅系材料およびニッケル系材料のエッチング加工に対して塩化第二鉄または塩化第二銅のエッチング液などを適宜選択して用い、ニッケル材料のエッチング加工に対して市販のＮｉ選択エッチング液（例えば、メルテックス社製Ｎ−９５０など）を用いることにより、ニッケル系材料をエッチングストップ層として機能させて銅系材料をエッチング加工することなどが可能である。

クラッド材料１０の両面に、適切なマスク処理などを施すことよって金めっきを行うと図４のようになる。これにマスク処理を施して塩化第二鉄または塩化第二銅のエッチング液を用いて、銅系材料とニッケル系材料の部分すなわち材料層１２、１３の全厚み部分と材料層１４の全厚みの一部分をエッチング加工により一括して除去すると図５のようになる。なお各層のエッチング加工はそれぞれ別工程で実施してもよい。この場合は上記のエッチング液を用いることにより銅系材料に対してはニッケル系材料が、ニッケル系材料に対しては銅系材料がそれぞれエッチングストップ層として機能し、精度よくエッチング加工をすることができる。次に、めっき部位１１として金めっきをマスクとして機能させ、材料層１４の残分と材料層１２の部分をそれぞれ材料層１５と材料層１３をエッチグストップ層として機能させるような適切なエッチング液、例えば過硫酸アンモニウム、硫酸＋過酸化水素水、アルカリエッチング液などをエッチング液として適宜選択して、エッチング処理を施すと図６のようになる。この際には材料層１３はエッチングストップ層として機能しているため材料層１２のみを精度よくエッチング加工することができる。この際の材料層１４の残部のエッチング加工と材料層１２のエッチング加工は別工程で実施してもよい。次にめっき部位１１として金めっきをマスクとして機能させ、材料層１５と材料層１３を市販のＮｉ選択エッチング液（例えば、メルテックス社製Ｎ−９５０など）を用いてエッチングすることにより図２のようになる。このようにして図２に示す集合回路材料２１を製造することができる。

次に、この集合回路材料２１を用いた部品の製造方法について説明する。集合回路材料２１のめっき部位１１に必要により異方性導電樹脂や半田などの接合材２２を配して、平板状の集合回路素材２４と接合する。集合回路素材２４は、例えば、ウェハーやその一部などに形成されたＩＣやアクティブまたはパッシブのディスクリート素子の集まりであったり、プリント配線板などであってもよい。接合材２２は集合回路材料２１と集合回路素材２４の接点とを接合し電気的接続を達成するために用いられる。集合回路材料２１と集合回路素材２４を接合した状態でエポキシ樹脂などの樹脂の充填材２３を充填することによって図７に示すような部品３０が形成される。樹脂充填の際に充填効率を高めるために、集合回路材料２１の基材１６に予めエッチング加工などにより貫通する開口を設けておいてもよいし、パンチングメタルのような開口を有する基材１６を用いて集合回路材料２１を製造してもよい。集合回路材料がクラッド材料により形成されている場合には、複数のエッチング加工により異種材料接合部位のエッチング面に微小な凹凸が形成され、樹脂充填の祭にはアンカー効果を発揮して集合回路材料と樹脂との密着性を向上させることができる。

次に部品３０の裏面のめっき部位１７をマスクとして材料層１６にエッチング処理を行うと図８のようになり、部品３２を製造することができる。この段階では、各構成回路は、集合回路素材２４、充填樹脂により機械的に接続はされているが、電気的には独立して作動させることが可能な状態となっており、独立の検査などができる。また露出した材料層１５をエッチング加工により除去しておいてもよい。各構成回路をダイシングして個別に切り出すことによって、図９に示すように分離した部品３４を製造することができる。なお必要により集合回路素材２４の裏面やダイシング後の端面の保護を行ってもよい。このようにして製造された部品３４をプリント配線板やハイブリッドＩＣなどの構成部品として利用することが可能である。集合回路素材がウェハーまたはその一部である場合には、上述の部品はウェハーレベルＣＳＰなどに対応することができる。また集合回路素材がパワーデバイスに多い縦型素子である場合には、ウェハー裏面側にも端子を配することにより対処することが可能である。

上記説明においては、金めっきを行うことによりマスク処理の一部を代替させると共に端子処理も兼ねているが、金めっきを行わずに他のマスク処理手段を用いて製造しても差し支えない。さらに部品の用途によってはめっき部位として金めっきを施さないで、材料層１６を全部除去した部品も製造可能であり、材料層１６を単にキャリアとして利用することもできる。また上記説明ではクラッド材料１０を５層構造として説明したが、例えば銅系材料−ニッケル系材料−銅系材料などの３層構造であってもよい。３層材料の場合も、めっき部位として金めっきを行って材料層１６の一部を残すことも、金めっきを行わず材料層１６を残さずに除去することも可能である。またフリップチップ実装などに応用することも可能であるし、ボンディングパッドとしてＩＣやディスクリート素子の配線に利用することもできる。この際にはクラッド材料をエッチング加工して集合回路材料を製造し、ダイシングされたＩＣやディスクリート素子を適切な絶縁部材を挟んで固定し集合回路材料のボンディングパッド部にワイヤーボンディングを施すか、あるいは適切な接合部材を用いるなどしてフリップチップ実装を行った後に樹脂封止することにより、各種のＩＣパッケージなどにも利用することができる。

以下に、実施例を図面に基づいて説明する。クラッド材料１０として２５μｍ厚Ｃｕ／１μｍ厚Ｎｉ／８０μｍ厚Ｃｕ／１μｍ厚Ｎｉ／２５μｍ厚Ｃｕの５層構造のクラッド材料を製造し、表裏面にそれぞれ異なるパターンの金めっきを施した。次に選択エッチングを行い、約２ｍｍ×２ｍｍの広さに６つの端子を持つ基本構成回路を２５００（縦５０×横５０）個集合させた図２の形状の集合回路材料２１を製造した。これに異方性導電樹脂を用いて、Ｓｉウェハー上に同サイズの２５００個のパッシブ回路を形成させた集合回路素材２４とを接合させて樹脂充填して部品３０を形成した。次に部品３０の裏面よりエッチング処理を行い基材１６を加工して部品３２を形成し、ダイシングして分離し部品３４を製造した。この部品３４を半田付けによりプリント配線板を製造した。

本発明の製造方法によると、集合回路材料の基材部位を全部または一部除去することにより基本構成回路が完成するため、再配線のような余分で複雑な工程を必要とせず、またウェハーをダイシングする前に一括して回路配線処理を行いうるためハンドリングなどの手間を回避することが可能であり、高い生産性を得ることができる。さらに本発明の製造方法では、基材がほぼ全面に接続されている状態ではＩＣなどの集合回路素材を電気的、機械的に保護し、高い信頼性を持たせることができる。本発明の部品の製造方法はＣＳＰ、インターポーザ、ＩＣパッケージ、プリント配線板用途などに好適である。

本発明の製造方法を用いたの集合回路材料の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の製造方法を用いたの集合回路材料の他の一実施形態を示す概略断面図である。 集合回路材料の製造に用いるクラッド材料の一実施形態を示す概略断面図である。 集合回路材料の製造過程の一実施形態を示す概略断面図である。 集合回路材料の製造過程の一実施形態を示す概略断面図である。 集合回路材料の製造過程の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の製造方法を用いたの部品の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の製造方法を用いたの部品の他の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の製造方法を用いたの部品のさらに他の一実施形態を示す概略断面図である。 クラッド材料の製造に用いるクラッド製造装置の一実施形態を示す概略断面図である。

符号の説明

１０ クラッド材料
１１ めっき部位
１２ 材料層
１３ 材料層
１４ 材料層
１５ 材料層
１６ 材料層
１７ めっき部位
１９ 凸状部位
２０ 集合回路材料
２１ 集合回路材料
２２ 接合材
２３ 充填材
２４ 集合回路素材
３０ 部品
３２ 部品
３４ 部品
５０ クラッド材料製造装置
５２ 真空槽
５４ 真空ポンプ
６０ 圧接ユニット
６２ 巻き戻しリール
６４ 巻き戻しリール
６６ 巻き取りロール
７０ 活性化処理装置
７２ 電極ロール
７４ 電極
８０ 活性化処理装置
８２ 電極ロール
８４ 電極
Ａ 電極Ａ
Ｂ 電極Ｂ

Claims (7)

1. １つまたは複数の回路部位を基本構成単位として、この基本構成単位を基材の少なくとも一面に複数配置し、基材の少なくとも一部を除去または分離することによって基本構成単位を独立した回路として機能させることができるように構成することを特徴とする集合回路材料の製造方法。
2. 基材に複数の開口が配することを特徴とする請求項１に記載の集合回路材料の製造方法。
3. 集合回路材料がクラッド材料により形成することを特徴とする請求項１または２に記載の集合回路材料の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかの集合回路材料を用いることを特徴とする部品の製造方法。
5. 集合回路材料を形成する基材により基本構成単位が接続することを特徴とする請求項４に記載の部品の製造方法。
6. 集合回路材料を形成する基材がエッチング処理により分離することを特徴とする請求項４に記載の部品の製造方法。
7. ＣＳＰ、インターポーザ、ＩＣパッケージ、プリント配線板用途のいずれかに適用することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の部品の製造方法。
   

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