JP2010529665A - 再構成基板内への垂直コンポーネントの集積化 - Google Patents
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Abstract
本発明は、再構成電子デバイスに関し、該デバイスは、
第1の面(2’)及び第2の面(2”)と、前記2つの面に垂直に置かれた複数の個別のチップ(4,6)とを具え、各個別のチップがその表面の一つの上に、少なくとも一つのコンポーネントと、前記再構成電子デバイスの前記2つの面の一方又は他方の面と同一平面にあるトラック及び接続手段(72,74)とを具え、前記個別のダイがカプセル封止剤(28,128)でカプセル封止されている。
第1の面(2’)及び第2の面(2”)と、前記2つの面に垂直に置かれた複数の個別のチップ(4,6)とを具え、各個別のチップがその表面の一つの上に、少なくとも一つのコンポーネントと、前記再構成電子デバイスの前記2つの面の一方又は他方の面と同一平面にあるトラック及び接続手段(72,74)とを具え、前記個別のダイがカプセル封止剤(28,128)でカプセル封止されている。
Description
本発明は基板内への電子コンポーネントの集積化に関する。
基板の一表面に垂直に設置された複数のコンポーネントを含み、それらの接続素子が前記表面に面している再構成基板を形成することが可能である。このような再構成基板は高いコンポーネント密度を有する。これらの基板は必要に応じスタック(積層)することができ、それによってコンポーネント密度を更に増大することができる。
コンポーネントの集積密度の増大及びデバイスの性能の向上及びコストの低減の追及はシステムサプライヤをもっとコンパクトなデバイスの開発へと導く。
コストの低減及び信頼性の維持と同時にチップ又はチップのシステムのコンパクト度を増大することができる新しい集積化技術が開発されている。
特許文献1に、一連の集積回路、例えばメモリチップを具えるモジュールが記載されている。これらのメモリチップは異なるチップのための相互接続を具えるアクティブチップ上に組み立てられる。アクティブチップは、メモリチップの組み立て及び接続のために可融合金ボスを具える。チップの接続素子のすべてが、それらをケースの側面に接続可能にするために最もアクティブなエッジに移転される。その結果複雑なアセンブリになり、コンポーネント密度は最適にならない。
特許文献2に、チップの接続を組み立てられたチップのブロックのエッジに移転させるチップのリルーティング(再経路設定又は再配線)が記載されている。もっと具体的に言うと、第1の絶縁層を貫通する金属化ビアによりトラックがパッドに接続される。トラックは第2の絶縁層で被覆され、次に基板をスタックするために接着剤層が付加される。この特許文献に記載された構造はチップのスタッキングに垂直な一つの側面上のコンタクトの切断及び再成長を有する。側面上のコンタクトは側面絶縁層の金属化によって得られる。スタックされた異なる段は前記側面上の金属化層で接続される。
この技術はいくつかの欠点を有する。
第1に、第1の問題はシリコンの表面に関係し、シリコンは(切断後)処理すべき表面がはだかになるため、この表面に不活性化層を堆積しなければならない。
第1に、第1の問題はシリコンの表面に関係し、シリコンは(切断後)処理すべき表面がはだかになるため、この表面に不活性化層を堆積しなければならない。
第2の難点は、異なる硬度の材料(特に、スタッキングにおいて、ポリイミドのような柔軟材料)の切断に関係する。さらに、金属を切断するということはバリを生じさせるとともにシリコンの汚染を生じさせる。
別の問題は、異なる寸法のコンポーネントのアセンブリはこの技術を実行できない点にある。
特許文献3においては、半導体デバイスをスタックしている。これらのデバイスの各々はプラスチック材料でカプセル封止されたチップを具える。これらの異なるデバイスはスタックされ、次にプラスチック材料でカプセル封止される。この特許文献では、接続素子はチップのカプセル封止層の上に設置される。
同様に、非特許文献1においては、ベア(はだか)チップ(言い換えればカプセル封止されていないチップ)をデバイス内に直接集積化しない。実際上、各チップは最初に基板上に設置され、各チップは外部接続(ワイヤボンディング)により基板に接続され、得られたアセンブリは支持体に移転される。
従って、特にカプセル封止されていないベアチップの再構成基板及びスタッキング又は3D集積を簡単に製造する新しい方法を見つけ出す問題が起こっている。
Cahill et al., "Thermal Characterization of Vertical Multichip Modules MCM-V", IEEE Transactions on Components, Packing and Manufacturing Technology: Part A, IEEEService Center, vol.18, no.4, December 1, 1995, pp.765-771
本発明は、第1に、第1の面と第2の面との間に前記面に垂直に置かれた複数の個別の支持基板を具え、各個別の支持基板が例えばその一つの表面上に少なくとも一つのコンポーネント、トラック及び接続手段を具える再構成電子デバイスを製造する方法に関し、該方法は、
(a)各個別の支持基板を基準表面に垂直に設置する工程と、
(b)個別の支持基板をカプセル封止剤で、各個別の支持基板の接続手段が再構成基板の前記2つの面の一方又は他方の面又は両方の面と同一平面になるようにカプセル封止する工程と、
を具える。
(a)各個別の支持基板を基準表面に垂直に設置する工程と、
(b)個別の支持基板をカプセル封止剤で、各個別の支持基板の接続手段が再構成基板の前記2つの面の一方又は他方の面又は両方の面と同一平面になるようにカプセル封止する工程と、
を具える。
各個別の支持基板は、第1の側面及び該第1の側面に対向する第2の側面を具える。前記トラック及び接続手段は個別の支持基板の面内をコンポーネントから前記第1及び第2の側面又は両側面に向けられている。
次に、前記第1及び第2の側面の一つを基準表面に位置させ、同時に各個別の支持基板を前記基準表面に垂直に位置させることが重要である。
各個別の支持基板の接続手段が再構成基板の第1及び第2の面の一方又は他方と同一平面になるように、再構成デバイスの薄層化を実行することができる。
本発明によれば、コンポーネント(広義には能動素子及び/又は受動素子を含むことができる)を具える再構成基板が形成され、これらのコンポーネントは基板上に「フラット」又は水平に形成され且つ再構成最終基板を形成するために垂直に集積できるものである。この再構成最終基板の表面はコンポーネントへの接続手段を含んでいる。
本発明は再構成電子デバイスにも関し、この再構成電子デバイスは、
第1の面及び第2の面と、
前記面に垂直に置かれた複数の個別の支持基板であって、各支持基板が例えばその一つの表面上に、再構成基板の前記2つの面の一方又は他方の面と同一平面にある少なくとも一つのコンポーネント、トラック及び接続手段を具えている複数の個別の支持基板と、
前記個別の支持基板をカプセル封止するカプセル封止剤と、
を具えている。
第1の面及び第2の面と、
前記面に垂直に置かれた複数の個別の支持基板であって、各支持基板が例えばその一つの表面上に、再構成基板の前記2つの面の一方又は他方の面と同一平面にある少なくとも一つのコンポーネント、トラック及び接続手段を具えている複数の個別の支持基板と、
前記個別の支持基板をカプセル封止するカプセル封止剤と、
を具えている。
本発明による方法及びデバイスにおいては、少なくとも一つのコンポーネントは、再構成基板の2つの面を相互接続すること及び/又はコンポーネントと再構成基板の2つの面の一つと相互接続することを可能にする金属トラックとすることができる(この場合には個別の支持基板は例えばその面の一つの上にコンポーネントを構成する金属トラックと接続トラックとを具える)。もっと複雑なコンポーネント(例えばMEMS電子回路)も個別の支持基板内に集積し、よって最終再構成基板内に集積することができる。
少なくとも2つの個別の支持基板を互いに非ゼロの角度をなして前記表面に垂直に配置することができる。これは方向センサの形成に有利である。
本発明の別の態様によれば、少なくとも2つの個別の支持基板をスタックし、次に2つの支持基板を一緒に前記基準表面に垂直に設置することができる。
少なくとも一つの個別の支持基板は、その側面の一つに、カプセル封止剤を具えることができる。
少なくとも一つの電子コンポーネントを再構成電子デバイスの2つの面の少なくとも一つの面の上に配置することができる。しかし、再構成基板の表面上に置かれたコンポーネントも支持基板に組み込まれ、電気接続のみが前記表面上に存在するものとするのが好ましい。
本発明による方法は、一つ以上の個別の支持基板をそれぞれ位置させることができる区域を画定するフレームの設置工程をさらに具えるのが好ましい。
各個別の支持基板が垂直に配置される基準表面は基板の表面又は粘着表面とすることができる。
接続トラックは再構成電子デバイスの第1の面及び/又は第2の面の上に形成することができる。この場合には、一連のシステムの接続をまとめて達成するために、相互接続を基板の再構成後に形成することができる。
図1A〜ICは本発明による再構成基板に使用できる2つのチップ又はダイ4,6を示し、各チップ又はダイは1つ以上の電子コンポーネント3,9及び個別の支持基板5,7を具える。参照番号3’,3”,7’,7”はこれらのチップの第1側面及び第2側面又は第1側部及び第2側部を示す。
説明を簡単にするために、以後これらのチップ4,6の各々に対して時々「コンポーネント」を使用する。
図1Aのチップ4の場合には、コンポーネント又は複数のコンポーネントを構成する部分3はコンポーネントが形成される基板5と別の基板又はリッド5’との間でカプセル封止される。
図1Bのアセンブリ6の場合には、コンポーネント又は複数のコンポーネントを構成する部分3は単に基板7の上に載置される。
チップ4,6の各々は、例えば300μm〜2mmの厚さを有することができる。各支持基板は、図7A−7Cの例に見られるように、再構成基板の形成に適したほぼ長方形又は正方形にするのが好ましい。図1A−ICにおいては、図7A−7Cの例と同様に、側面3’,3”,7’,7”が長方形の小側面を構成する。
2つの側面コンタクト72,74又はコンタクトパッドもこれらの図の各々に見えている。これらのコンタクトはコンポーネント又はチップの各側で側面部分を超えて突出する、あるいは、これらの側面部分と同一平面にする。コンタクトの数は2つに限定されず、任意の数にすることができ、あるコンポーネントは1つのコンタクトを必要するのみであり、他のコンタクトはもっと多くのコンタクト(図7A及び7Bのコンポーネントは4つ)を必要とする。コンタクトは、要求に応じて、コンポーネントの2つの側面3’,3”,7’,7”の上に設置することができ、また例えば図7Cのコンポーネントの場合のように、このコンポーネントの一つの側面の上に設置することができる。参照番号69はコンポーネントの可能な内部プリルーティングを示し、そのコンタクト72,74が端子を構成する。
必要に応じ、図1Cに示されるように、コンポーネントの外側端は樹脂のようなカプセル封止剤71によりカプセル封止又は被覆される。この封止剤にもかかわらず、コンタクト72,74はコンポーネントの外部からアクセス可能なままである。さもなければ、図1Cのこのコンポーネントは図1Aのものと同様のままとなる。
図1A−ICの表示は極めて概略的であり、図7A−7C、12A,12B,14A及び15Aの構造の例が詳細に示すように、コンポーネント3,9自体のみならず、その内部プリルーティング手段69及びその接続手段72,74も個別の支持基板5,7上に形成される。この構造は各アセンブリをコンパクトにし、多くの個別のコンポーネントを再構成基板の形態に組み合わせることを可能にし、特許文献3のように金属化ビアが横断しなければならない絶縁層を用いることを避けることができる。
上で示した3つの例では、基板(5,7)、コンポーネント(3,9)及び必要に応じ基板5’のコンポーネントのスタッキングの方向0zに直角に測った深さp、p’(例えば約1mm〜1cm)はスタッキングの方向に測った厚さeより大幅に大きい。従って、コンポーネントの平面は基板5,5’,7の一つの基板の平面で規定され、平面x0yに平行であるということができる。
チップ4,6の例は、MEMS、キャパシタンス、インダクタンス又はフィルタとすることができる。コンポーネントのより詳細な例は本明細書の残部で与えられる。
図1D及び1Eは上述したようなコンポーネントにより再構成された本発明による3D構造の例を示す。これらの例では、明細書の残部においても、この構造は、本質的に、例えば50μm〜数百μm、例えば500μmの厚さ又は1mmもの厚Eさを有する、再構成基板として知られている基板2を具える。この基板は、この厚さより遥かに大きい、例えば数センチメートル、例えば2cm又は5cm〜20cm又は30cmもの幅Lを有するため(大きなサイズのパネルとしてもよい)、「再構成基板の平面」としても知られる平面x0yを規定する。この平面は任意に「水平面」と指定することができ、この平面にほぼ垂直の方向0zは「垂直」と指定することができる。
図1Dの例は図1A−ICにつき上述したタイプのチップ4,6の、平面x0yに
垂直の、垂直アセンブリを示し、例えばコンポーネント4はマイクロプロセッサであり、コンポーネント6は受動コンポーネントである。これらのコンポーネントの各々は垂直に組み立てられ、各コンポーネントは基板5,5’,7を有し、その上に予め形成又は組み立てられている。基板5,5’を有するコンポーネント(図1A)及び基板7を有するコンポーネント6は図1Dに概略的に示されている。同様に、本明細書の残部において、再構成基板2内に垂直に組み立てられるコンポーネントの少なくとも一部分はそれらが予め形成もしくは組み立てられている基板と組み立てられるが、この基板は各図に明示されていない。2つのコンポーネント4,6のみが識別され、図1Dに詳細に示されているが、再構成基板2はこのタイプの多数のコンポーネントを具えることができる。従って、再構成基板はコンポーネントのネットワークを具えることができる。例えば、垂直に組み立てられた受動コンポーネント又はチップ6のネットワーク、例えば抵抗及び/又はキャパシタ及び/又はインダクタンス及び/又は一つ以上のフィルタなどのネットワークとすることができる。
垂直の、垂直アセンブリを示し、例えばコンポーネント4はマイクロプロセッサであり、コンポーネント6は受動コンポーネントである。これらのコンポーネントの各々は垂直に組み立てられ、各コンポーネントは基板5,5’,7を有し、その上に予め形成又は組み立てられている。基板5,5’を有するコンポーネント(図1A)及び基板7を有するコンポーネント6は図1Dに概略的に示されている。同様に、本明細書の残部において、再構成基板2内に垂直に組み立てられるコンポーネントの少なくとも一部分はそれらが予め形成もしくは組み立てられている基板と組み立てられるが、この基板は各図に明示されていない。2つのコンポーネント4,6のみが識別され、図1Dに詳細に示されているが、再構成基板2はこのタイプの多数のコンポーネントを具えることができる。従って、再構成基板はコンポーネントのネットワークを具えることができる。例えば、垂直に組み立てられた受動コンポーネント又はチップ6のネットワーク、例えば抵抗及び/又はキャパシタ及び/又はインダクタンス及び/又は一つ以上のフィルタなどのネットワークとすることができる。
本発明では、各個別の基板とトラック及び接続手段を有するコンポーネント(チップの電子的及び/又は機械的部分)が「ベア」チップ又はダイ(言い換えればカプセル封止又はパッケージ化されてない)を構成し、このチップがカプセル封止前に基準表面上に移転される。トラック及び接続手段はチップに集積化され、これらの接続手段の終端又は端子だけが同一平面にある。
これらのコンポーネントの各々に対して、それが組み込まれる基板5,7の平面は再構成基板により規定される平面x0yに垂直に向いている。言い換えれば、コンポーネントは、各コンポーネントが構成する基本スタッキングの方向(図1A−ICにおける方向Ozにより特定される)が方向Ozに向かないで平面x0y内又は平行平面内に位置するように組み立てられる。この組み立て方向は、各コンポーネントの一つ以上の接続手段又はコンタクトパッド72,74が再構成基板の2つの表面2’,2”の一つに現れるようにする。これらの2つの表面2’,2”は基本コンポーネントの側面部分3‘,3”,7’,7”により規定される(図1A,1B参照)。表面2’は基板2の前面、表面2”は裏面と任意に認識することができる。
図1Eの例は、基板2内にそれらの基板とともに導入されたMEMS8,10の垂直アセンブリを示す。MEMSの構造例は図12A及び12Bを参照して後に説明される。一つ以上のMEMSは真空下の又は中性ガス下の又は制御圧力下の一つ以上のキャビティを具えるタイプのものとすることができる。
図1D及び1Eにおいて、参照番号29は組み立てフレームを示し、このフレームによってコンポーネント4,6,8,10がそれぞれ設置される区域を画定することができる。最後に、カプセル封止剤28によってコンポーネントの間又はコンポーネントとフレームの間の空間を充填することができる。これはコンポーネント及び再構成方基板の全体を支持する役割も果たす。
これらの2つの例では、標準の組み立て及び接続方法(例えばフリップチップ又はワイヤボンディング又はAFC)によって追加のコンポーネント4‘、8’が基板2の表面2’,2”の一方及び/又は他方に組み立てられている。これらの表面コンポーネントのうち、特に一つ以上はマイクロプロセッサ及び/又はいくつかはMEMSとすることができる。
表面上に組み立てられたこれらのコンポーネントは、垂直に組み立てられたコンポーネント4,6,8、10の接続手段72,74と直接接触させる、又は前面2’又は裏面2”上に形成された回路又はリルーティング手段11,11’によって接触させることができる。これらの回路又はリルーティング手段11,11’はまた垂直に組み立てられたコンポーネント4,6又は8,10の間を接続することができる。これらの表面リルーティング手段11,11’は図には簡単な接続線として示されているが、これらのリルーティング手段の各々は実際には、図の平面に垂直の方向に、複雑なトラック及び接続系を具える。これらの表面リルーティングを形成するために、標準のマイクロエレクトロニック方法(例えば連続ベースの陰極スパッタリング、リソグラフィ及び銅電気分解、連続ベースのストリッピング及びエッチング)を使用することができる。
この明細書の残部で与えられる再構成基板のすべての例においても、このようなリルーティングを付与することができるが、図には明示されていない。
図2A及び2Bは本発明による3D構造の2つの他の例を示し、これらの例では垂直コンポーネント4,6であろうと水平コンポーネント4’であろうと、すべてのコンポーネントが再構成基板2内に組み込まれる。一つ以上のリルーティング回路のみが表面2’,2”の一方及び/又は他方の上に現れるようにすることができる。得られる再構成基板は極めてコンパクトになる。
図2Bの例(再構成基板に組み込まれた水平コンポーネント4’を具えることもできる)は垂直コンポーネント4,6を有し、それらのいくつか(コンポーネント6)は他のコンポーネント4に対して90°に配置されている。この配置は、図2Bの再構成基板の表面2’の上面図を示す図2Cによってよく理解されよう。2つのコンポーネント4,6は基板2の平面x0yに垂直に組み立てられるが、この平面において互いに90°の角度で配置される。この同じ平面においてコンポーネント4の方向OXと別の角度αをなす別のコンポーネント6’が示されている。
このように基板2の平面にある角度をなすようにコンポーネントを配置することができることは、方向感受性センサを使用するときに特に有利である。従って、いくつかの単軸型(単一方向感受性)MEMS及び/又は2軸型MEMSを組み合わせて3軸型センサを構成することができる。例えば、コンポーネント4は2軸型MEMSを具え、コンポーネント6は単軸型MEMSを具える。
以上の記載から明らかなように、本発明は、予め試験することができる個別のベアチップ又はダイ(カプセル封止又はパッケージ化されてない)から複雑な再構成システムを構成することができる。
場合によっては、所定のセンサ又は流体コンポーネントは外部への物理的アクセス、例えば一つ以上の流体コンポーネント及び/又は一つ以上の圧力センサに対して一つ以上の開口を必要とし得る。外部への物理的アクセスは種々の方法で得ることができる。例えば、図17A,17Bに示すように(これらの図にはフレーム及びカプセル封止剤が区別して示されていない)、センサ4を樹脂封止401により予め封止された蓋400で保護することができ、再構成基板の製造中に、裏面の研磨又は「研削」を実行し、次いでプラズマエッチングでキャビティ403をあけることで物理的アクセスの形成を終了することができる(図17B)。
犠牲層をチップの一部分の上に堆積することもできる。同様に、キャビティは研削に続いてプラズマエッチングを実行することにより、又は犠牲層樹脂の溶解を実行することによってあけることができる。また、カプセル封止処理中にキャビティの充填が避けられるコンポーネントのアセンブリを得ることもできる。
本発明の一実施例では、再構成基板2に垂直に集積されるコンポーネントは金属トラックである。後で明らかになるように、この実施例は特に垂直プリルーティングを有するコンポーネントの基板を再構成することができる。
即ち、図3Aに示すように、再構成基板2の最終厚さh(図3Bに示す)より大きい長さLの金属トラック3を基板50上に予めまとめて形成することができる。トラック3が形成された基板は適切なフォーマットに切断して個別の基板5を形成することができ、所要の長さhを有する一連のトラックの形成を可能にする切断線21が図3Aに示されている。参照番号50’は第2の基板を示し、コンポーネントの基板は切断後に得られるアセンブリ又は個別のコンポーネントのより良い取り扱いを可能にするためにトラックの形成後に基板50に組み付けることができる。この場合、得られるアセンブリ又は個別のコンポーネントは図1Aに側面図で示される個別の基板5,5’を有するコンポーネントに類似の構造を有する。
図3Bに示される再構成基板を得る製造工程を図4A−4Eを参照して説明する。
基板27(図4A)を選択し、その表面27’が再構成しようとする基板の平面を定める平面(x0y)を規定する。
一つ以上のコンポーネント4の各々をそれぞれ設置し得る区域を画定することができるフレーム29(図4B)をコンポーネントの基板27の上に設置する。
上述したように基板50(図3A)の切断によって得られたビア4を、フレーム29により画定された区域内に、基板27の表面27’に垂直に位置させ(図4C)、それらの側側端3’又は3”の一つをこの表面に位置させ、基板5−金属トラック3−基板5’のスタッキングの向きを平面x0y又は表面27’に平行に向ける。
次に(図4D)、コンポーネント26を設置することができ、これらのコンポーネントに対して垂直トラック4が垂直リルーティングを保証する。この工程(コンポーネント26の設置)及びその前の工程(ビアの設置)は逆の順序にすることができる。しかし、各「ベア」チップ又はダイ(既に定義したとおりであり、言い換えればカプセル封止又はパッケージ化されてないチップ)をカプセル封止前に基準表面に移着する。
次に、アセンブリのカプセル封止28を例えば樹脂で実行する(図4E)。コンポーネント又はビア4はフレーム内にそれらの個別の基板と一緒に組み込まれ、樹脂のクリープがそれらに影響を与えることはない。
図4Eに示すように(参照番号28’はカプセル封止の過剰レベルを示す)、カプセル封止がビア4の頂点を越える場合には、アセンブリの薄層化又はサーフェシングによってビア4の上端に対応する表面2’まで戻して導電性区域72,74を出現させることができる。これにより、ビア4の導電性端72,74からなる導電性区域が同一平面にある接続表面2’が形成される。この接続表面は、複数段のスタッキングを形成するために、その後に例えば追加のコンポーネント段を収容することを可能にする。
最後に、支持体27の剥離及びこれにより残された自由表面の不活性化を実行する。特に観光性誘電体材料層31(図3B)を形成し、この層に開口32をエッチングし、この開口からコンポーネント26とビア4との間の接続及び必要に応じ一つのコンポーネント26から同じ平面に位置する別のコンポーネントへの接続を設定することができる。例えば、これらの外部接続又はこの裏面リルーティングは、コンポーネント26が載置されるこの層31の面と反対側の面33の金属化工程で形成される。ビア4は裏面へのフォトリソグラフィ工程のためのアライメントパターンとして作用させることができる。
上述のように、各個別の基板及びそのトラック及び接続手段を具えるコンポーネント(チップの電子的及び/又は機械的部分に対応する)は、カプセル封止前に基準表面に移着される、カプセル封止されてないチップを構成する。トラック及び接続手段はチップに集積され、これらの接続手段の端又は端子のみが同一平面になる。
前面2’のリルーティングも上述のように実行することができる。例えば、銅金属化が使用される。不活性化をリルーティング金属の上に実行することができる。
再構成基板の表面2’上に設置される外部コンポーネント又はコンポーネント4’(図1Dのコンポーネント4’)との良好な接触を保証するために、ビア4の端72を裁頭円錐形又は尖形にすることができる。これらの先端はコンポーネント4’のパッド34と接触することができる。これらは一つ以上のコンポーネント又は段2の上に置かれる上段の一つ以上のビアと接触することもできる。これによりビアと、別の上段との相互接続手段とを同時に形成することができる。
図6A−6Gはビアをチップに製造する工程を示す。
図6Aに示すように、最初に、例えばSiO2からなる絶縁層51の堆積を基板50に実施する。
次に、例えばTi/Cu合金の導電層52の堆積を実施する。
フォトリソグラフィによって、金属、例えば銅の電気分解区域を画定する。参照番号54はこれらの区域を画定し得る開口を具える樹脂マスクを示す。
次に、電気分解による金属の成長を開口56内で実施することができる(図6D)。次に樹脂54を除去し(図6E)、連続ベース52上にストリップ58を残存させる。次にエッチングを行う(図6F)。実際上、この段階で、基板5’のない図3Aの構造が得られる。次にチップを所要のサイズに切断する。
必要なら、図6Gに示すように、得られたアセンブリを、例えば誘電体層51’により基板50’と組み立ててチップの取り扱い及び回転を可能にすることができる。
上述の方法によれば、垂直に設置されたコンポーネントが導電性ビアである再構成基板を形成することができる。この種の方法は、基板にビアを持つ又は持たない任意の他のタイプのコンポーネント、例えばMEMS又はコンポーネントのもっと複雑なスタッキングに適用することができる。垂直に設置される各個別のチップに対して、基板5,7の表面に形成されたプリルーティング69(図1A−IC)は、基板5,7から突出する又はチップ3,7が形成される基板の一側面又は両側面に近接して位置する電気接続手段72,74を接続することを可能にする。これらの接続手段72,74は、上述したように、表面2’又は2”上にリルーティングを形成することによって、再構成基板の種々のコンポーネントを再接続することを可能にする。
図7A及び7Bは、例えばシリコンからなる基板5上に形成される受動コンポーネント64,66,68の例を示す。
これらの受動コンポーネントは、同じ基板5上に、例えば図7Aの受動コンポーネント64,66(ここではキャパシタンス及び抵抗)のような機能アセンブリを構成することができ、また図7Bの受動コンポーネント(ここでは2つのインダクタンス)のような一連の同一の素子を構成することができる。
各コンポーネント又はコンポーネントの各アセンブリを支持する基板5の表面には、図1Aを参照して上で説明したようにチップのコンタクト72,74の一つ以上の外側出力端に接続されたプリルーティング69が設けられる。
表面上に形成されたコンポーネントが何であっても、一つ以上の凹部70,73をプリルーティング69の延長部に形成し、これらの凹部内に接続素子72,74が出るようにするのが好ましい。各凹部は側面3’、3”の一つに平行なほぼスロットの形状を有し、絶縁材料を充填することができる。この絶縁材料は基板の各表面2’、2”の絶縁を可能にするものであり、これは、これらの表面は実際には、再構成後に、コンポーネントが形成された基板のエッジ3,3’及びカプセル封止28(図3B)により部分的に形成されるためである。
コンポーネントは、例えば図7Cに示すように一側面にプリルーティング及び接続手段を有するのみとし、トラック69がコンポーネント65を基板5の側面3’、3”の一つに独自に位置する接続素子72に接続するものとすることもできる。
基板2を再構成する前に、このような基本コンポーネントを、図8A−8A及び図9A−9Cを参照して説明するように、種々の方法に従って組み立て又はスタックすることができる。
よって、図8Aに3つのスタックされたコンポーネントが示されている。これらのコンポーネントは図7Aにおいて矢Bの方向に見たものである。図7Aの基板5の側面3’は図8Aにも示されている。
次に、このアセンブリを図7A及び7Bに示す方向AA’に平行な方向に、言い換えれば側面3’,3”の一方及び/又は他方からキャビティ70を充填する材料71が露出するまで調整することができる(研削工程)。この調整工程を続けると、図8Cに示すように、接続素子74の端が現れる。この基板アセンブリの調整工程によって、絶縁材料で充填された領域に続いてプリルーティングの端を露出させることができる。
図9A−9Cの場合は、図7A−7Cの基板のスタッキングであるが、キャビティ70の一つが基板5の幅l(図7A参照)に等しい幅を有する場合である。この場合には、調整処理によってこのキャビティの充填材料71が基板5の幅lにほぼ等しい幅に亘って現れる。同じ方向に調整処理を続けると、接続素子74の端が現れる(図9C)。
同じ調整処理を基板の側面3”から実行することができる。
その結果として、キャビティ70,73のサイズ及び切断寸法に依存して、スタッキングにより再構成される基板の表面上の基板5から材料を完全に又はほぼ完全に除去することができる。さらに、半導体材料ははだかのままにしないのが好ましい。
図10は、調整処理後のスタックされたコンポーネント4のアセンブリを示し、このスタッキングの端面には、個別の基板の側面を完全に覆う充填材料71と接続素子74の端の両方が現れる。従って、本発明による再構成基板に垂直に直接組み込むことができるコンポーネントのアセンブリが得られる。
上に述べた例では、チップの組み立て前に凹部73,74を充填材料71で充填する。代替例として、チップを切断し、スタックし、ボンディング及び充填に役立つ材料と組み立てることもできる。
図7A−7Cのような個別のコンポーネント又は図8C,図9Cまたは図10のようなコンポーネントのスタッキング40の再構成基板への組み込みは、図4A−4Cにつき上述した方法(基板上にフレームを設置し、コンポーネントを基板に垂直に設置し、カプセル封止する)と同様の方法で達成することができる。接続素子72,74の端は再構成基板2の表面2’及び/又は2”と同一平面であるか、表面2’及び/又は2”に現れる。
図11は、図10のアセンブリ40のようないくつかのアセンブリが垂直に組み込まれた再構成基板2を示す。この基板は、必要に応じその表面2’,2”の一方及び/又は他方の表面で研削してプリルーティングを露出させることができる。
次に、既に示したような標準のマイクロ電子技法を用いて、種々のコンポーネント間又はコンポーネント自体の内部に一つ以上の接続を形成する。図11には、2組又は2群のコンポーネント間の接続11−1及びスタックコンポーネントの同じ郡内部の接続11−2が示されている。
場合に応じて、2つの表面2’,2”の一方又は他方の表面にプリルーティングを存在させることができる。
図12A及び12Bは本発明によるデバイス内に集積するためのコンポーネント4を準備する別の例を示す。この例では、コンポーネント自体は蓋又は保護層84で覆われたMEMS82であり、この構造は他のコンポーネントに適用可能である。
コンポーネント82から、プリルーティング又は接続トラック69を形成し、次にこれらのトラックの下部にキャビティ80を基板5にエッチングする。
次に、絶縁材料86を基板5の表面の上及びキャビティ80内に堆積する(図12B)。この例では、キャビティ80及びこの材料86は凹部70,73および充填材料71と同様の役割を果たす。絶縁材料は端72,74を越えて延在させることができ、この場合には以下に説明するように薄層化処理を必要とする。
図13A及び13Bは、再構成基板2を形成するために、例えば図12A及び12Bにつき述べたタイプのMEMS型コンポーネントを組み込む方法の一例を示す。前記再構成基板は図4A−4Eについて上述した方法と同様の方法で得ることができる。他のコンポーネント6を同じ製造工程で同じ再構成基板に組み込むことができる。
図13Aに見られるように、コンポーネント4の接続素子の端72,74は外部からアクセスできない。従って、前記端が表面2’,2”のレベルでアクセスできるように、再構成基板を薄層化する追加の工程を実行する(図13B)。
好ましくは、基板内へのコンポーネントの集積前に、薄層化方法(研削、エッチングなど)によって、現れるコンポーネントの材料(例えばシリコン)を除去することができる。シリコンが現れるのを避けるために、チップを薄層化し、キャビティ下部のシリコンを除去することもできる。次に、チップを再構成基板内に組み込む。
本発明による方法の別の実施例が図14A−14Iに示されている。
最初に(図14A)、種々の電子コンポーネント3,9を基板50の前面として知られる面上にまとめて形成する。例えば、一つ以上の受動コンポーネント及び/又は一つ以上のMEMS型コンポーネントを形成する。
次に、フォリソグラフィによって、マスク154を用いて、基板のエッチングをその背面500で可能にする凹部156を画定する。
次に、これらの凹部156を通して基板50の異方性エッチングを実行する(図14C)。これにより、この同じ基板の、接続端72,74及び必要に応じトラック69の一部分の下部に、キャビティ158が形成される。
次の工程(図14D)中に、こうして形成した第1段を、基板70の表面上に形成された、第1段のコンポーネントと同一又は異なる複数のコンポーネントを具える第2段と、例えば結合によって組み立てることができる。この第2段は第1段と同様に形成することができる。
キャビティ158,158’はカプセル封止剤128(例えばエポキシ樹脂)で充填することができる。このカプセル封止剤の追加の厚さ160によって構造の補強を得ることができる。
こうして形成した構造を次に切断することができる(図14F)。こうして、各自2つの個別の重ね合わされたコンポーネントを具えるスタッキング40が得られる。
これらの種々のスタッキング40は、例えばこれらのスタッキングを受け入れる幅又は直径を有する開口190,192,194を有するフレームを用いて、基板又はウェハの上又は接着剤素子127の上に置き、ウェハ127により決まる平面に「垂直」に固定することができる。実際上、再構成されようとしている基板の平面を決定するこのウェハ又は基板127の表面は平面である。
次に、これらの開口を、例えば樹脂のようなカプセル封止剤228で充填することができる(図14H)。
最後に、薄層化(研削)工程を実施して接続手段を露出させ(図14I)、それらの端72,74又は接続パッドを再構成された基板2の表面2’,2”の一方及び/又は他方からアクセスできるようにする。次に、表面リルーティング11,11’をこれらのパッドから実行することができる。
本発明による方法の別の実施例が図15A−15Fに示されている。
最初に(図15A)、種々の電子機能を基板50の前面として知られる一つの面上にまとめて形成する。例えば、一つ以上の受動及び/又はMEMSコンポーネント3,9を形成する。参照番号72,74は前と同様にこれらの種々のコンポーネントへの接続素子を示す。
次に(図15B)、フォトリソグラフィによって、マスク154を用いて、基板のエッチングをその前面において隣接するコンポーネント間で可能にする凹部156を画定する。
次に、これらの凹部156を通して基板50の異方性エッチングを実行する(図15C)。これにより、この同じ基板の、接続端72,74及び必要に応じトラック69の一部分の下部に、キャビティ158が形成される。
次に、キャビティを樹脂のようなカプセルふうじざい128で充填することができる(図15D)。このカプセル封止剤の追加の厚さ160によって構造の補強を得ることができる。
次に、構造50の薄層化(図15E)を実行し、必要に応じ、上記の実施例において既に説明したように、第2段との結合を実行する。
次に、第1の例において記載した工程、特に図14G−14Iについて記載した工程を繰り返し、組み立てられたコンポーネントを図15Fの破線に沿って切断することができる。
上述した種々の例では、再構成された基板2の2つの外部表面2’、2”がアクセス可能であり、特にこれらの表面に現れるコンポーネントの接続素子からの水平リルーティングを形成することができる。
しかし、コンポーネントを図16に示すような形状を有する基板内に設置することもできる。この基板には、例えばエッチングによって、互いに異なる深さとし得るキャビティが形成されている。これらのキャビティは、基板により決まる平面x0yに垂直の方向にコンポーネントを収容することを可能にする。これらのキャビティは基板を横断するものでなく、これは基板の一つの表面2’を表面リルーティングのために使用できるのみであることを意味する。種々のキャビティ内のコンポーネントは同様にカプセル封止剤で支持することができる。
本発明は、トラックの長さを短くでき且つチップをスタックすることができるため、高速メモリモジュールの形成に使用することができる。
外部への開口を持つ又は持たないマイクロ電池及び/又はMEMS及び/又はセンサのネットワークを集積することもできる。本発明は、通信モバイルシステムを構成するために使用することもできる。この場合には、通信アンテナを表面2’又は2”に形成することができる。
提示した構成のすべてにおいて、本発明は多数の異なる機能又は同じ機能を組み込んでブロック(例えばメモリブロック)又はシステムを生成することができ、またこれらのブロック又はシステム間に相互接続を形成することによって完全なシステムを生成することができる。
チップ間又はシステム間の相互接続は、標準のマイクロ電子方法によって再構成基板2の一つの表面又は2つの表面2‘,2”に形成することができる。両面の使用によって、追加のスタッキング、例えば2つの再構成基板をスタックすることも可能になる。
上で示したように、本発明による方法は必要に応じ薄層化工程を含むことができる。この工程は、特にカプセル封止剤の追加厚さ28’を除去することができ、またその代わりに図13Aの状態から図13Bの状態又は図14Hの状態から図14Iの状態にすることができる。これを容易にするために、チップ又はコンポーネント4,6,40は薄層化の深さを接続するために所定のパターンを含むことができる。例えば、基板内の所定の高さでパターンが出現することを観測する。寸法測定によって薄層化の深さが分かるパターンプロファイルを形成することができる。
一般的に言えば、本発明は同じ基板内に異なるサイズのコンポーネントを集積することができる。異なるサイズのチップを再構成基板内に置き、次にカプセル封止を実行してすべてのチップをカプセル封止する。基板を形成するとき、接続を具える面が処理される。特許文献2の場合には、異なるサイズのコンポーネントは、安定な構造を形成するために仮のチップを組み立てることによって使用されるのみである。
Claims (24)
- 第1の面(2’)と第2の面(2”)との間に前記面に垂直に置かれた複数の個別のダイ(4,6,6’、8,10,40)を具え、各個別のダイが第1の側面(3’)及び該第1の側面に対向する第2の側面(3”)と、少なくとも一つのコンポーネント(3,9,64,65,66,68,82)と、前記コンポーネントから前記第1又は第2の側面まで導かれた前記ダイのトラック(69)及び接続手段(72,74)とを具える、再構成電子デバイスを製造する方法であって、該方法は、
(a)各個別のダイが基準表面(27’、127)に垂直に位置するように各個別のダイの前記第1及び第2の側面(3’、3”)の一つの側面を基準表面の上に設置する工程と、
(b)前記個別のダイをカプセル封止剤(28)で、各個別のダイの接続手段(72,74)が前記再構成基板の前記2つの面の一方又は他方の面と同一平面になるようにカプセル封止する工程と、
を具える、再構成電子デバイスの製造方法。 - 個別のダイの少なくとも一つのコンポーネントが、前記コンポーネントから前記ダイの第1の側面(3’)及び前記第2の側面(3”)まで導かれたトラック及び接続手段(72,74)を具え、前記接続手段がカプセル封止及び要すれば薄層化工程後に、前記再構成基板の面(2’,2”)と同一平面にある、請求項1記載の方法。
- すくなとも2つの個別のダイ(4,6’)が互いに非ゼロの角度をなして前記表面に垂直に置かれている、請求項1又は2記載の方法。
- 少なくとも一つの個別のダイがコンポーネントを構成する金属トラック(3)と接続トラックとを具える、請求項1−3の何れかに記載の方法。
- 前記工程(b)の前に、コンポーネント(26)を設置する工程を具え、前記工程(b)の後に、このコンポーネントと前記金属トラックとの間の電気接続を設定する工程を具える、請求項4記載の方法。
- 前記工程(a)の前に、少なくとも2つの個別のダイ(40)をスタックする工程を具え、次にこれらの2つのダイを一緒に前記基準表面に垂直に設置する、請求項1−5の何れかに記載の方法。
- 少なくとも一つの個別のダイはその側面の一つにカプセル封止剤(71,128)が設けられている、請求項1−6の何れかに記載の方法。
- 少なくとも一つの個別のダイはMEMS型コンポーネントを具える、請求項1−7の何れかに記載の方法。
- 少なくとも一つのコンポーネント(4,8’)を前記再構成電子デバイスの2つの面の少なくとも一つの上に設置する、又はこれらの2つの面(2’、2”)の一つと同一平面に設置する、請求項1−8の何れかに記載の方法。
- 一つ以上の個別のダイをそれぞれ設置できる複数の区域を画定するフレーム(29,129)を前もって設置する工程を具える、請求項1−9の何れかに記載の方法。
- 各個別のダイが垂直に設置される前記基準表面は基板(27)の表面である、請求項1−10の何れかに記載の方法。
- 各個別のダイが垂直に設置される前記基準表面は粘着表面(180)である、請求項1−10の何れかに記載の方法。
- 前記再構成電子デバイスの第1及び/又は第2の面の上に接続トラック(11,11’)を形成する工程をさらに具える、請求項1−12の何れかに記載の方法。
- 前記ステップ(b)は、各個別のダイの前記接続手段(72,74)が前記再構成基板の2つの面の一方又は他方と同一表面になるように前記再構成電子デバイスを薄層化する工程を具える、請求項1−13の何れかに記載の方法。
- 少なくとも一つのコンポーネントは電子的部分及び/又は機械的部分を具える、請求項1−14の何れかに記載の方法。
- 第1の面(2’)及び第2の面(2”)と、
前記2つの面に垂直に置かれた複数の個別のダイ(4,6,6’、8,10,40)と、
を具える再構成電子デバイスであって、
各個別のダイが少なくとも一つのコンポーネント(3,9,64,65,66,68,82)と、前記再構成基板の前記2つの面の一方又は他方の面と同一平面にあるトラック(69)及び接続手段(72,74)とを具え、
前記個別のダイがカプセル封止剤(28,128)でカプセル封止されている、
再構成電子デバイス。 - 少なくとも一つのコンポーネント(3,9,64,65,66,68,82)は、前記再構成基板の第1の面(2’)及び第2の面(2”)と同一平面にあるリルーティング手段及び接続手段を有する、請求項16記載のデバイス。
- 前記2つの面(2’,2”)に垂直に置かれた少なくとも2つの個別の基板(4,6’)が互いに非ゼロの角度をなしている、請求項16又は17記載のデバイス。
- 少なくとも一つの個別のダイがコンポーネントを構成する金属トラックとリルーティング手段とを具える、請求項16−18の何れかに記載のデバイス。
- コンポーネント(26)と、該コンポーネントと前記金属トラックとの間の電気接続とをさらに具える、請求項19記載のデバイス。
- 少なくとも2つの個別のダイがスタックされ、一緒に前記2つの面に垂直に設置されている、請求項16−20の何れかに記載のデバイス。
- 少なくとも一つの個別のダイはMEMS型コンポーネントを具える、請求項16−21の何れかに記載のデバイス。
- 前記再構成基板の2つの面の少なくとも一つの上又はこれらの2つの面の一つと同一平面に設置された少なくとも一つのコンポーネント(4’,8’)をさらに具える、請求項16−22の何れかに記載のデバイス。
- 前記第1及び/又は第2の面の上に一つ以上の接続トラック(11,11’)をさらに具える、請求項16−23の何れかに記載のデバイス。
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