JP2007019378A - 電子部品、その電子部品を積層してなる積層型部品モジュール及びその電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細な貫通穴及び導電路を低コストかつ短時間で形成することができ、しかも貫通穴のアスペクト比に関係なく、貫通穴内に電極を形成することができる電子部品の製造方法を提供する。
【解決手段】型２１の成形面に高分子溶液を高湿度環境下で塗布して、複数の貫通穴５１及び複数の非貫通穴５２を有する絶縁性薄膜５を形成する。複数の貫通穴５１のうちの特定の貫通穴５１に金属ナノ粒子を吹きつけて充填し、焼成することによって複数の電極７を形成する。複数の非貫通穴５２のうちの特定の非貫通穴５２´と電極７との間に金属ナノ粒子を吹きつけて付着させ、焼成することによって複数の導電路９を形成する。
【選択図】図１Ｄ

Description

この発明は高分子材料で形成された絶縁性薄膜を備える電子部品、この電子部品を積層して構成された積層型部品モジュール及び電子部品の製造方法に関する。

従来、コア層と第１配線層と第２配線層とを備える部品内蔵モジュールが知られている（下記特許文献１参照）。

コア層には能動部品である半導体及び受動部品であるチップ部品が内蔵されている。コア層の一面には第１配線パターンが形成されている。半導体及びチップ部品は第１配線パターン上に配置されている。コア層の他面には第２配線パターンが形成されている。また、コア層には貫通穴であるインナービアが形成されている。インナービアには導電性ペーストが充填されている。この導電性ペーストにより第１配線パターンと第２配線パターンとが互いに接続されている。

コア層の一面には第１配線層が接合されている。第１配線層の一面には配線パターンが形成されている。この配線パターンは第１配線層に形成されたインナービアを通じてコア層の第１配線パターンに接続されている。

コア層の他面には第２配線層が接合されている。第２配線層の一面には配線パターンが形成されている。この配線パターンは第２配線層に形成されたインナービアを通じてコア層の第２配線パターンに接続されている。

この部品内蔵モジュールでは、インナービアとなる貫通穴は、レーザー加工法或いはパンチング加工法等によって形成される。

インナービアに充填される導電性ペーストは粒径がミクロン単位の金属粉と熱硬化性樹脂とを混合することによって作られる。導電性ペーストはスクリーン印刷法によってインナービアに充填される。この導電性ペーストを加熱して硬化させるによって層間を電気的に接続する電極が形成される。

導電路である配線パターンはエッチング法によって形成される。
特開２００２−２６１４４９号公報（段落００５５〜００５９、図６参照）

上述のように、従来の部品内蔵モジュールでは、インナービアとなる貫通穴がレーザー加工法やパンチング加工法等によって形成されるが、パンチング加工法では微細な貫通穴を形成することができないので、部品内蔵モジュールの高密度化が困難である。このため、レーザー加工法を用いることが多い。

しかし、レーザー加工法を用いるには、レーザー加工装置を導入する必要があり、それが製造コストを高くする一因となっていた。更に、レーザー加工法によって貫通穴を形成する場合、貫通穴を１つずつ形成しなければならない。レーザー光を１ショットするのに要する時間は数ミリ秒と極めて短いが、多数の貫通穴を形成するには長時間を要する。このため、大量生産に対応することが困難であった。

また、配線パターンを形成するためにマスクを必要とするが、このマスクの価格は高いので、それが製造コストを更に高くする一因となっていた。

更に、上述のように導電性ペーストはスクリーン印刷法により貫通穴に充填されるので、貫通穴のアスペクト比（径と深さとの比）によっては導電性ペーストが貫通穴全体に行き渡らない虞があった。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は微細な貫通穴及び導電路を低コストかつ短時間で形成することができ、しかも貫通穴のアスペクト比に関係なく、貫通穴内に電極を形成することができる電子部品、積層型部品モジュール及び電子部品の製造方法を提供することである。

前述の課題を解決するため請求項１の発明の電子部品は、高分子材料で形成された絶縁性薄膜と、この薄膜の一方の面に形成された複数の導電路と、この導電路に接合されるとともに前記絶縁性薄膜の他方の面から突出する複数の電極とを備え、前記電極は、前記絶縁性薄膜の形成時に前記高分子材料の溶液の自己組織化によって形成された複数の貫通穴及び複数の非貫通穴のうちの特定の貫通穴に、金属ナノ粒子を吹きつけて充填し、焼成することによって形成され、前記導電路は、前記複数の非貫通穴のうちの特定の非貫通穴と前記電極との間に前記金属ナノ粒子を吹きつけて付着させ、焼成することによって形成されたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の電子部品において、前記複数の電極のうちの特定の２つの電極間に位置する前記複数の非貫通穴のうちの特定の非貫通穴に金属ナノ粒子を吹きつけて付着させ、焼成することによって形成された受動部品又は能動部品を備えていることを特徴とする。

請求項３の発明の積層型部品モジュールは、前記請求項１又は２記載の電子部品を積層して、積層方向へ隣接する上の電子部品の電極と下の電子部品の導電路とを接合してなる。

請求項４の発明の電子部品の製造方法は、型の成形面に高分子材料の溶液を高湿度環境下で塗布して、複数の貫通穴及び複数の非貫通穴を有する絶縁性薄膜を形成する第１工程と、前記複数の貫通穴のうちの特定の貫通穴に金属ナノ粒子を吹きつけて充填し、焼成することによって複数の第１の電極を形成する第２工程と、前記複数の非貫通穴のうちの特定の非貫通穴と前記第１の電極との間に金属ナノ粒子を吹きつけて付着させ、焼成することによって複数の導電路を形成する第３工程とを含むことを特徴とする。

複数の貫通穴及び非貫通穴は、型の成形面に高分子材料の溶液を高湿度環境下で塗布した後の高分子材料の自己組織化によって形成される。

また、上述のように複数の第１の電極を貫通穴に金属ナノ粒子を吹きつけて充填して形成するようにしたので、金属ナノ粒子は貫通穴全体に行き渡る。

更に、上述のように複数の導電路を特定の非貫通穴と第１の電極との間に金属ナノ粒子を吹きつけて付着させて形成するようにしたので、導電路を形成するためにマスクを必要としない。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の電子部品の製造方法において、前記型から前記絶縁性薄膜を剥離した後、前記絶縁性薄膜の底面に露出する前記第１の電極の一部に金属ナノ粒子を吹きつけるようにして付着させ、焼成することによって複数の第２電極を形成する第４工程を含むことを特徴とする。

以上説明したようにこの発明によれば、微細な貫通穴及び導電路を低コストかつ短時間で形成することができ、しかも貫通穴のアスペクト比に関係なく、貫通穴内に電極を形成することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の第１実施形態に係る電子部品の製造方法を説明するための図であり、図１Ａは型の断面図、図１Ｂは型に高分子材料の溶液を散布した状態を示す断面図、図１Ｃは自己組織化により非貫通穴及び貫通穴が形成された絶縁性薄膜の断面図、図１Ｄは絶縁性薄膜に導電路を形成した状態を示す断面図、図１Ｅは絶縁性薄膜を型から外した状態を示す断面図、図１Ｆは絶縁性薄膜の下面にバンプを形成した状態を示す断面図、図１Ｇは絶縁性薄膜に半導体パッケージを実装した状態を示す断面図、図１Ｈは完成した状態の電子部品の断面図、図２Ａは絶縁性薄膜に第１の電極を形成した状態を示す平面図、図２Ｂは絶縁性薄膜に導電路及び抵抗を形成した状態を示す平面図、図２Ｃは絶縁性薄膜には半導体パッケージを実装した状態を示す平面図、図２Ｄは完成した状態の電子部品の平面図である。

図１Ｈ及び図２Ｄに示すように、この電子部品は、絶縁性薄膜５と複数の導電路９と複数の電極（第１の電極）７とバンプ（第２の電極）１１と抵抗（受動部品）１３と半導体チップ（能動部品）１５とを備える。

絶縁性薄膜５は高分子材料で形成されている。

複数の導電路９は絶縁性薄膜５の一方の面に形成されている。

複数の電極７はそれぞれ導電路９に接合される。

半導体チップ１５はそのバンプ１５ａによって導電路９に接合されている。半導体チップ１５と絶縁性薄膜５との間には熱硬化性樹脂であるアンダーフィル１７が配置されている。

この電子部品は、バンプ１１によって回路基板（図示せず）に実装される。

次に、この電子部品の製造方法について図１，２に基づいて説明する。

図１Ａに示すように、まず、型２１を作成する。型２１は、基板２１ａと、この基板２１ａの上面に形成された円柱状の複数の突起２１ｂとを有する。型２１はシリコンで形成されている。突起２１ｂは絶縁性薄膜５に貫通穴５１を形成するためのものであるので、精度よく形成されている。

次に、常温で湿度が８５％以上の雰囲気中で、図１Ｂに示すように、高分子溶液（高分子材料の溶液）３を型２１の成形面に散布して付着させる。高分子溶液３としては、例えば、ポリメチルメタクリレートやポリイミド等の溶質を、非水溶性を有するベンゼンやクロロホルム等の溶媒に溶解させたものが挙げられる。この例では、溶媒１０００ｍｌに対して溶質を１ｇ〜１０ｇ程度加える。

型２１の成形面上の高分子溶液３を上述の雰囲気中で蒸発させると、図１Ｃに示すように自己組織化により、格子状に並ぶサブミクロンの大きさの無数の貫通穴５１や非貫通穴５２を有する絶縁性薄膜５が形成される。高分子溶液３の濃度が上述の範囲内であると、絶縁性薄膜５の突起２１ｂ上に形成される穴は貫通穴５１となり、それ以外の部分に形成される穴は非貫通穴５２となる。

上述の工程（第１工程）の後、図２Ａに示すように、複数の貫通穴５１のうちの特定の貫通穴５１に金属ナノ粒子を吹きつけて充填し、焼成することによって複数の電極７を形成する（第２工程）。

第２工程の後、図１Ｄ、図２Ｂに示すように、複数の非貫通穴５２のうちの特定の非貫通穴５２´と電極７との間に金属ナノ粒子を吹きつけて付着させ、焼成することによって複数の導電路９を形成する（第３工程）。また、複数の電極７のうちの特定の２つの電極７´，７´間に位置する複数の非貫通穴５２のうちの特定の非貫通穴５２´に金属ナノ粒子を吹きつけて付着させ、焼成することによって抵抗（受動部品）１３を形成する。

第３工程の後、図１Ｅに示すように、型２１を絶縁性薄膜５から剥離する（剥離工程）。型２１から剥離された絶縁性薄膜５の下面には、型２１の突起２１ｂによって凹部５３が形成される。

この剥離工程の後、図１Ｆに示すように、絶縁性薄膜５の底面に露出する電極７の一部及びそれが位置する凹部５３内に金属ナノ粒子を吹きつけるようにして付着させ、焼成することによって複数の球状のバンプ（第２電極）１１を形成する（第４工程）。このとき、バンプ１１と電極７とは一体化される。

このバンプ形成工程の後、図１Ｇ、図２Ｃに示すように、半導体チップ１５を絶縁性薄膜５の中央に配置する。このとき、半導体チップ１５のバンプ１５ａを導電路９の上に載せる。その後、超音波接合等の手段によって半導体チップ１５のバンプ１５ａを導電路９に実装する（半導体チップ実装工程）。

この半導体チップ実装工程の後、図１Ｈ、図２Ｄに示すように、熱硬化樹脂であるアンダーフィル１７を絶縁性薄膜５と半導体チップ１５との間に注入し、加熱して硬化させる。

以上の工程を経て電子部品が完成する。

この実施形態によれば、貫通穴５１を高分子材料の溶液の自己組織化によって形成するので、微細な貫通穴５１を低コストでかつ短時間に精度よく形成することができる。

また、導電路９は複数の非貫通穴５２のうちの特定の非貫通穴５２´と電極７との間に金属ナノ粒子を吹きつけて付着させ、焼成することによって形成される。このため、導電路９を形成するためのマスクを必要としないので、製造コストが下がる。

更に、金属ナノ粒子で導電路９や抵抗１３等を形成するようにしたので、導電路９や抵抗１３等の形状の変更を容易にでき、少量多品種に対応することができる。

また、電極７は貫通穴５１に金属ナノ粒子を吹きつけて充填し、焼成することによって形成されるので、貫通穴５１のアスペクト比に関係なく金属ナノ粒子を貫通穴５１内に行きわたらすことができ、貫通穴５１内に電極７を確実に形成することができる。

図３はこの発明の第２実施形態に係る積層型部品モジュールの断面図、図４は図３に示す積層型部品モジュールを構成する絶縁性薄膜等を示し、図４Ａは１層目の絶縁性薄膜の平面図、図４Ｂは２層目の絶縁性薄膜の平面図、図４Ｃは３層目の絶縁性薄膜の平面図、図４Ｄは回路基板の平面図、図５は図３に示す積層型部品モジュールの１層目の絶縁性薄膜に実装された半導体チップの底面図である。

第１実施形態に係る電子部品と共通する部分については同一符号を付してその説明を省略する。以下、主な相違部分についてだけ説明する。

第１実施形態に係る電子部品では、絶縁性薄膜５が１層であるが、この積層型部品モジュールでは絶縁性薄膜が３層である。

図３、図４Ａに示すように、第１絶縁性薄膜１０５は能動部品を備えていない点を除き、第１実施形態の絶縁性薄膜５とほぼ同じである。電極１０７（ｄ）はバンプ１１１を通じて下層の第２絶縁性薄膜２０５の導電路２０９に接合されている。電極１０７（ｄ）のピッチｐ２は半導体チップ２１５（図５参照）のバンプ２１５ａのピッチｐ１よりも大きい。

なお、電極の符号に付されている（ｄ）はその電極がその下の絶縁性薄膜５の導電路に接続されるものであること表わし、電極の符号に附されている（ｕ）はその電極がその上の絶縁性薄膜５の導電路に接続されるものであること表わす。

図３、図４Ｂに示すように、第２絶縁性薄膜２０５は第１絶縁性薄膜１０５とほぼ同じである。電極２０７（ｄ）はバンプ２１１を通じて下層の第３絶縁性薄膜３０５の導電路３０９に接合されている。電極２０７（ｄ）のピッチｐ３は電極１０７（ｄ）のピッチｐ２よりも大きい。

図３、図４Ｃに示すように、第３絶縁性薄膜３０５は第２絶縁性薄膜２０５とほぼ同じである。電極３０７（ｄ）はバンプ３１１を通じて下層の回路基板２５のパッド２５ａに接合されている。電極３０７（ｄ）のピッチｐ４は電極２０７（ｄ）のピッチｐ３よりも大きい。第３絶縁性薄膜３０５には抵抗１３が形成されている。

図３、図４Ｄに示すように、回路基板２５は複数のパッド２５ａとこれらのパッド２５ａにそれぞれ接続された複数の導体パターン２５ｂとを有する。パッド２５ａのピッチｐ４は電極３０７（ｄ）のピッチｐ４と等しい。

半導体チップ２１５と第１絶縁性薄膜１０５との間、第１絶縁性薄膜１０５と第２絶縁性薄膜２０５との間、第２絶縁性薄膜２０５と第３絶縁性薄膜３０５との間、第３絶縁性薄膜３０５と回路基板２５との間には、それぞれ熱硬化性樹脂１８が充填されている。熱硬化性樹脂１８により絶縁性薄膜１０５，２０５，３０５及び回路基板２５が一体的に結合する。熱硬化性樹脂１８としては、エポキシ樹脂が挙げられる。

第２実施形態によれば、半導体チップ２１５のバンプ２１５ａのピッチ変換をすることができる。

なお、第１、第２の実施形態では、能動部品として半導体チップ１５，２１５が設けられ、受動部品として抵抗１３が設けられているが、能動部品及び受動部品はこれらに限られない。

また、電極７，１０７（ｄ），２０７（ｄ），３０７（ｄ）にそれぞれ結合するバンプ１１，１１１，２１１，３１１を設けたが、これらのバンプ１１，１１１，２１１，３１１は必ずしも必要ではない。

なお、上述の実施形態では、インクジェットによって金属ナノ粒子を吹きつけるようにしたが、必ずしもインクジェットを用いる必要はない。

図１Ａは型の断面図である。 図１Ｂは型に高分子材料の溶液を散布した状態を示す断面図である。 図１Ｃは自己組織化により非貫通穴及び貫通穴が形成された絶縁性薄膜の断面図である。 図１Ｄは絶縁性薄膜に導電路を形成した状態を示す断面図である。 図１Ｅは絶縁性薄膜を型から外した状態を示す断面図である。 図１Ｆは絶縁性薄膜の下面にバンプを形成した状態を示す断面図である。 図１Ｇは絶縁性薄膜に半導体パッケージを実装した状態を示す断面図である。 図１Ｈは完成した状態の電子部品の断面図である。 図２Ａは絶縁性薄膜に第１の電極を形成した状態を示す平面図である。 図２Ｂは絶縁性薄膜に導電路及び抵抗を形成した状態を示す平面図である。 図２Ｃは絶縁性薄膜には半導体パッケージを実装した状態を示す平面図である。 図２Ｄは完成した状態の電子部品の平面図である。 図３はこの発明の第２実施形態に係る積層型部品モジュールの断面図である。 図４Ａは１層目の絶縁性薄膜の平面図である。 図４Ｂは２層目の絶縁性薄膜の平面図である。 図４Ｃは３層目の絶縁性薄膜の平面図である。 図４Ｄは回路基板の平面図である。 図５は図３に示す積層型部品モジュールの１層目の絶縁性薄膜に実装された半導体チップの底面図である。

符号の説明

３ 高分子溶液（高分子材料の溶液）
５ 絶縁性薄膜
５１ 貫通孔
５２ 非貫通孔
７、１０７（ｄ），（ｕ），２０７（ｄ），（ｕ）、３０７（ｄ），（ｕ） 電極（第１の電極）
９ 導電路
１１、１１１、２１１、３１１ バンプ（第２の電極）
１３ 抵抗（受動部品）
１５，２１５ 半導体チップ（能動部品）
２１ 型
２１ａ 基板
２１ｂ 突起

Claims (5)

1. 高分子材料で形成された絶縁性薄膜と、
   この薄膜の一方の面に形成された複数の導電路と、
   この導電路に接合されるとともに前記絶縁性薄膜の他方の面から突出する複数の電極とを備え、
   前記電極は、前記絶縁性薄膜の形成時に前記高分子材料の溶液の自己組織化によって形成された複数の貫通穴及び複数の非貫通穴のうちの特定の貫通穴に、金属ナノ粒子を吹きつけて充填し、焼成することによって形成され、
   前記導電路は、前記複数の非貫通穴のうちの特定の非貫通穴と前記電極との間に前記金属ナノ粒子を吹きつけて付着させ、焼成することによって形成された
   ことを特徴とする電子部品。
2. 前記複数の電極のうちの特定の２つの電極間に位置する前記複数の非貫通穴のうちの特定の非貫通穴に金属ナノ粒子を吹きつけて付着させ、焼成することによって形成された受動部品又は能動部品を備えていることを特徴とする請求項１記載の電子部品。
3. 前記請求項１又は２記載の電子部品を積層して、積層方向へ隣接する上の電子部品の電極と下の電子部品の導電路とを接合してなる積層型部品モジュール。
4. 型の成形面に高分子材料の溶液を高湿度環境下で塗布して、複数の貫通穴及び複数の非貫通穴を有する絶縁性薄膜を形成する第１工程と、
   前記複数の貫通穴のうちの特定の貫通穴に金属ナノ粒子を吹きつけて充填し、焼成することによって複数の第１の電極を形成する第２工程と、
   前記複数の非貫通穴のうちの特定の非貫通穴と前記第１の電極との間に金属ナノ粒子を吹きつけて付着させ、焼成することによって複数の導電路を形成する第３工程と
   を含むことを特徴とする電子部品の製造方法。
5. 前記型から前記絶縁性薄膜を剥離した後、前記絶縁性薄膜の底面に露出する前記第１の電極の一部に金属ナノ粒子を吹きつけるようにして付着させ、焼成することによって複数の第２電極を形成する第４工程
   を含むことを特徴とする請求項４記載の電子部品の製造方法。

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