JP2017112346A - ガラス配線基板及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な製造工程で、はんだ層を積層した際にガラス基材にクラックが発生するのを抑制できるガラス配線基板及びこのガラス配線基板を備える半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】実施形態に係るガラス配線基板１は、平板状に形成されたガラス基材１０と、ガラス基材１０の一方の主面に突起状に設けられたスペーサー３０と、スペーサー３０の端面３１に積層される半田層７０と、を備える。【選択図】 図２

Description

本発明は、クラック防止構造を備えたガラス配線基板、及び、このガラス配線基板を備える半導体装置に関する。

昨今の電子機器の高機能化及び小型化に伴って、半導体装置を構成する配線基板の高密度化の要求が高まっている。配線基板の材料としては、一般的にガラスエポキシ樹脂に代表される有機材料が用いられているが、近年、ガラス材料を用いた配線基板が注目されている。

ガラス材料を用いた配線基板（以下、ガラス配線基板という。）は、超微細配線の形成が可能である。また、ガラス配線基板は、シリコンチップとの熱膨張係数（ＣＴＥ）のマッチング技術により、高密度な実装が可能になる。さらに、ガラス配線基板は、高速伝送に優れている。以上のことから、ガラス配線基板は、高性能製品に実装される半導体装置の配線基板の一つとして注目されている。

特開２００６‐３５１９３５号公報

しかしながら、ガラス配線基板は、半田を積層したときに、ガラス基材と半田の間に材料の違いによる熱膨張差を原因とする応力が発生し、ガラス基材にクラックが発生することがある。

例えば、クラックの発生を低減する方法として、インターポーザを用いて、ガラス配線基板と半田の間の応力集中を低減する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、上記技術では、十分な熱容量を有する量の半田を柱状に形成するため、半田量の削減をすることが困難である。

そこで、本発明は、簡易な製造工程で、ガラス基材に使用される半田量を低減することができるとともに、半田層を積層した際にガラス基材にクラックが発生するのを抑制できるガラス配線基板、及び半導体装置を提供することを目的とする。

本実施形態に係るガラス配線基板は、平板状に形成されたガラス基材と、前記ガラス基材の一方の主面に突起状に設けられたスペーサーと、前記スペーサーの端面に積層される半田層と、を備える。

また、本実施形態に係る半導体装置は、平板状に形成されたガラス基材、前記ガラス基材の一方の主面に突起状に設けられたスペーサー、及び、前記スペーサーの端面に積層される半田層を備えるガラス配線基板と、前記スペーサーの前記端面上に前記半田層を介して接続され、前記ガラス配線基板に重ねられる配線基板と、を有する。

本発明によれば、簡易な製造工程で、ガラス基材に使用される半田量を低減することが可能であり、半田層を積層した際にガラス基材にクラックが発生するのを抑制できる上記のガラス配線基板、及び半導体装置を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係るガラス配線基板の一部を示す平面図である。 図２は、図１のガラス配線基板をＦ２−Ｆ２で切断した状態を示す断面図である。 図３は、第１の実施形態に係るガラス配線基板の変形例を示す断面図である。 図４は、第１の実施形態に係るガラス配線基板の製造工程の第１段階を示す断面図である。 図５は、図４の次の工程段階を示す断面図である。 図６は、図５の次の工程段階を示す断面図である。 図７は、図６の次の工程段階を示す断面図である。 図８は、図７の次の工程段階を示す断面図である。 図９は、図８の次の工程段階を示す断面図である。 図１０は、図９の次の工程段階を示す断面図である。 図１１は、図１０の次の工程段階を示す断面図である。 図１２は、図１１の次の工程段階を示す断面図である。 図１３は、配線基板の第２の実施形態を示す断面図である。 図１４は、第２の実施形態に係るガラス配線基板の変形例を示す断面図である。 図１５は、第３の実施形態に係るガラス配線基板の一部を示す平面図である。 図１６は、図１５のガラス配線基板をＦ１６−Ｆ１６で切断した状態を示す断面図である。 図１７は、第３の実施形態に係るガラス配線基板の製造工程の第１段階を示す断面図である。 図１８は、図１７の次の工程段階を示す断面図である。 図１９は、図１８の次の工程段階を示す断面図である。 図２０は、図１９の次の工程段階を示す断面図である。 図２１は、図２０の次の工程段階を示す断面図である。 図２２は、第３の実施形態に係る配線基板の変形例を示す断面図である。

以下、第１の実施形態に係るガラス配線基板１について図１及び図２を用いて詳細に説明する。

図１は、第１の実施形態に係るガラス配線基板１の一部を拡大して示す平面図である。図２は、図１のガラス配線基板をＦ２−Ｆ２で切断した状態を示す断面図である。なお、図２においては、ガラス配線基板１に、ガラス配線基板１とは別の配線基板４０を積層した状態示している。図２中、配線基板４０は、破線で示している。このように、ガラス配線基板１と上述の配線基板４０を重ねて配置し、ガラス配線基板１及び配線基板４０が一体に組み合わされたものを半導体装置という。

なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する各部分には、同一符号を用いて、重複する説明は省略する。

図１及び図２に示すように、ガラス配線基板１は、ガラス基材１０と、スペーサー３０と、半田層７０と、樹脂層５０と、光透過部９０と、を備えている。

ガラス基材１０は、平板状を有する。ガラス基材１０は、一方の主面１１に、スペーサー３０、半田層７０及び樹脂層５０が設けられる。ガラス基材１０は、光透過性を有する。ガラス基材１０は、透明のガラス材料で形成される。ガラス材料の成分またはガラス材料に含有される各成分の配合比率並びにガラス材料の製造方法は特に限定されない。例えば、ガラス材料としては、無アルカリガラス、アルカリガラス、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス、サファイアガラス、感光性ガラスなどが挙げられるが、ケイ酸塩を主成分とするいずれのガラス材料を用いてもよい。さらに、その他のいわゆるガラス材料を用いても良い。

また、ガラス基材１０（ガラス材料）の製造方法としては、フロート法、ダウンドロー法、フュージョン法、アップドロー法、ロールアウト法などが挙げられるが、いずれの方法によって作製されたガラス材料を用いてもよい。ガラス材料の線膨張係数は、例えば−１ｐｐｍ／Ｋ以上１５．０ｐｐｍ／Ｋ以下、又は、０．５ｐｐｍ／Ｋ以上８．０ｐｐｍ／Ｋ以下である。また、ＪＩＳＢ０６０１：２０１３に基づいたガラス基材１０の主面１１における最大高さ粗さＲｚは、例えば０．０１μｍ以上５μｍ以下とし、より好ましくは、０．１μｍ以上３μｍ以下である。これは、主面１１の凹凸に起因したガラス基材１０上に設けられた導体層の断線及び短絡等を抑制できると共に、ガラス基材１０上に微細配線を形成することが可能な粗さである。

また、ガラス基材１０には反射防止膜またはＩＲカットフィルター等の機能膜が形成されていてもよい。また、ガラス基材１０には強度付与、帯電防止付与、着色、テクスチャー制御などの機能が付与されても良い。これら機能膜の例として、強度付与にはハードコート膜、帯電防止付与には帯電防止膜、着色には光学フィルター膜、テクスチャー制御にはアンチグレア、光散乱膜などが挙げられるが、この限りではない。これら機能膜の形成方法としては、蒸着、スパッタ法、ウエット方式などの表面処理技術が用いられる。

反射防止膜としては、例えば、屈折率が異なる複数の誘電体材料を積層して形成されたものが知られている。誘電体材料を用いた反射防止膜は、使用する波長帯等に応じて、誘電体材料の組み合わせやこれらの屈折率、各誘電体層の層数や積層順序等が異なる。例えば、２種類の誘電体材料を用いる反射防止膜としては、高屈折率材料からなる誘電体層と低屈折率材料からなる誘電体層を交互に積層して形成される反射防止膜が知られている。

一般的に反射防止膜の材料としては、有機材料などが挙げられるが、無機材料を用いることもできる。反射防止膜は任意の反射率・透過率波長特性を実現できるものとし、要求される反射率・透過率が満たされるものであれば、総厚に関しては限定されるものではない。ここで、総厚とは、ガラス基材１０に設けられる反射防止膜の厚さの和であり、例えば、一の反射防止膜が設けられる場合には、当該反射防止膜の厚さであり、二の反射防止膜が設けられる場合には、これら反射防止膜の厚さの和である。

高屈折率材料からなる誘電体層には、例えば、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）や五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）等の無機材料を用いることができる。

低屈折率材料からなる誘電体層には、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、不定比性の酸化ケイ素（ＳｉＯ_２−Ｘ，０≦Ｘ＜１）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）等の低屈折率の無機材料を用いることができる。

スペーサー３０は、ガラス基材１０上に設けられる導体層である。スペーサー３０は、いわゆるポスト、または、ピラーと呼称されるものである。

スペーサー３０は、図１および図２に示すように、ガラス基材１０の主面１１に設けられた、例えば、円柱状の突起部である。換言すると、スペーサー３０は、例えば、円柱状に構成され、軸方向が主面１１の面方向に対して直交する方向で主面１１上に配置される。ガラス基材１０に設けられたスペーサー３０は、図２に示すように、その先端にガラス基材１０及び配線基板４０と平行な端面３１を有する。

ガラス基材１０の主面１１上にはスペーサー３０が少なくとも１つ設けられる。スペーサー３０の材料としては、金属材料、樹脂材料、セラミック材料等を用いることができる。第１の実施形態においては、スペーサー３０の材料に、加工性または導電性等を考慮して金属材料を用いた。金属材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）を用いることができる。スペーサー３０の径、高さまたは形状は、特に限定されない。スペーサー３０は、ガラス配線基板１の種類、図２に破線で示すように重ねて配置される配線基板４０の大きさ、質量、及び、ガラス基材１０の上におけるスペース等を考慮して、適宜設計される。

なお、第１の実施形態において、ガラス配線基板１に重ねて配置される配線基板４０としては、例えば、半導体基板の表面に設けられるトランジスタまたはダイオード等を有する集積回路（ＩＣ又はＬＳＩ）、シリコン基板（Ｓｉ基板）、窒化ガリウム基板（ＧａＮ基板）、固体撮像素子等を含む。

スペーサー３０の直径と高さの割合（直径÷高さ）は１０以下であることが望ましい。これにより、スペーサーとして用いられる半田量を少なくすることができる。

なお、スペーサー３０の端面３１上には、半田層７０を積層する前段階の処理として、図示しない表面処理層を設けることもできる。これにより、端面３１と半田層７０との密着性が上昇する。

表面処理層は、例えば、０．００１μｍから３μｍの厚みを有する単層もしくは複合層よりなる。単層の表面処理層としては、Ａｕ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｃｕのいずれかを、複合層の表面処理層としては、始めに端面３１にＮｉを積層し、次にＡｕを積層する（Ｎｉ/Ａｕ）か、または、始めに端面３１にＰｄを積層し、次にＡｕを積層する（Ｐｄ／Ａｕ）か、または、始めに端面３１にＮｉを積層し、次にＰｄ、そして、Ａｕを積層する（Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ）構成を適用することができる。

半田層７０は、図２に示すように、別の部品と接続するための外部接続部材として機能する。半田層７０は、スペーサー３０の端面３１に設けられる。半田層７０は、配線基板４０と接着する。換言すると、半田層７０は、スペーサー３０の端面３１に配線基板４０を固定する。配線基板４０は、例えば、半導体基板の表面に設けられるトランジスタまたは集積回路（ＩＣ又はＬＳＩ）等の半導体素子である。なお、半導体基板には、例えば、シリコン基板（Ｓｉ基板）、窒化ガリウム基板（ＧａＮ基板）、又は炭化ケイ素基板（ＳｉＣ基板）等の無機物を主成分とした基板や、ＣＭＯＳセンサーまたはＣＣＤセンサーなどの固体撮像素子、有機材料をコアにした半導体パッケージ基板または有機化合物よりなる層間絶縁材料で積層したコアレス基板が用いられる。本実施形態においては、配線基板４０は、半導体素子が複数設けられるが、図２においては、固体撮像素子としてのＣＭＯＳセンサーである光学デバイス４０ａが設けられる構成を用いて説明する。

半田層７０の形状は、柱状でも半球状でもよい。半田層７０は、半田の融点以上でリフローされると半球状をなし、融点以下でリフローされた場合には、図２に示すような層状を構成する。

半田層７０は、少なくともＳｎを含んでなる金属層である。半田層７０に用いられる半田は、例えば、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、又はＳｎ−Ｂｉ等から適宜選択される。また、半田層７０に用いられる半田の各元素比率は限定されない。また、半田には、異種金属や無機物が含有されていてもよい。

樹脂層５０は、図２に示すように、ガラス基材１０の主面１１側において、当該主面１１のスペーサー３０と後述する光透過部９０とを除いた部分に積層される。図２に示すように、樹脂層５０は、ガラス基材１０からの高さが、スペーサー３０のガラス基材１０からの高さよりも低く構成される。

樹脂層５０の材料としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド、マレイミド樹脂、ポリエチレンテレフタラート、ポリフェニレンオキシド、液晶ポリマー等の樹脂材料及びこれらの複合材料を含む。樹脂材料には、感光性材料、非感光性材料のいずれを用いても良いが、製造性の観点から感光性の樹脂材料を用いるのがよく、具体的には、感光性ソルダーレジスト、感光性ポリイミド、感光性ポリベンゾイミダゾールなどを用いるのがより好ましい。

光透過部９０は、図１及び図２に示すように、樹脂層５０、スペーサー３０等が積層されていない領域である。言い換えれば、光透過部９０は、ガラス配線基板１において、ガラス基材１０の主面１１が露出した部分である。例えば、図１に示すように、光透過部９０は、樹脂層５０の一部に設けられた円形状の開口である。

図２に示すように、光透過部９０は、例えば、ガラス配線基板１に設けられる配線基板４０の光学デバイス４０ａと対向する位置に設けられる。光透過部９０は、例えば、図２に示すように、ガラス配線基板１に、例えば、配線基板４０として、ＣＭＯＳセンサーなどの光学デバイス４０ａを搭載する場合の光取り込み口となる。

続いて、第１の実施形態に係るガラス配線基板１の変形例であるガラス配線基板１Ａについて、図３を用いて説明する。ガラス配線基板１Ａは、スペーサー３０とガラス基材１０との間にスペーサー３０と直径の異なる円柱状のランド層２０を設ける構成、及び、スペーサー３０がシード層３５を有する構成が、ガラス配線基板１と異なる構成である。

ガラス配線基板１Ａは、ガラス基材１０と、ランド層２０と、スペーサー３０、半田層７０、樹脂層５０及び光透過部９０を有する。

図２に示したガラス配線基板１は、スペーサー３０が、ガラス基材１０の主面１１に当接した状態で設けられている。これに対し、図３に示すガラス配線基板１Ａは、スペーサー３０がランド層２０の図示上側に接触した状態で設けられる。換言すると、スペーサー３０は、ランド層２０を介してガラス基材１０の主面１１に設けられる。

また、図３に示すように、スペーサー３０の断面積は、ランド層２０の断面積よりも狭くなっている。ここで、スペーサー３０の断面積及びランド層２０の断面積は、ガラス基材１０の主面１１の面方向に沿った断面の面積である。換言すると、スペーサー３０の直径は、ランド層２０の直径よりも小さく構成される。

ランド層２０は、シード層２３と金属層２１とを含む。また、スペーサー３０は、シード層３５と金属層３３とを含む。なお、シード層２３は、ガラス基材１０と金属層２１との接着性を高めるために設けられる。同様にシード層３５は、ランド層２０とスペーサー３０の金属層３３との接着性を高めるために設けられる。

シード層２３またはシード層３５の材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣｕ、ＡｌＣｕ、ＮｉＦｅ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＺｎＯ、ＰＺＴ、ＴｉＮ、Ｃｕ_３Ｎ_４などを単体もしくは複数組み合わせたものを適用することができる。なお、シード層３５は、その上に積層されるランド層２０に用いられる材料との関係を考慮して適宜選択される。

金属層２１及び金属層３３は、材料としてＮｉ、Ｃｕ、Ｓｎなどから選択される金属層であるが、導電率を考慮するとＣｕを用いるのが最も好ましい。

また、ガラス配線基板１Ａは、ガラス基材１０の主面１１上にランド層２０およびスペーサー３０を少なくとも１つ備える。なお、ランド層２０とスペーサー３０の径及び高さは、ガラス配線基板１Ａ上において１つに限定されない。例えば、複数の階層構造に配線基板４０を立体的に重ねる場合には、ガラス配線基板１Ａは、種々の高さまたは径を有するスペーサー３０が適宜配置される。

次に、図４〜図１２を参照しながら、第１の実施形態に係るガラス配線基板１およびガラス配線基板１Ａの製造方法を説明する。なお、以下では、説明を簡略化するため、図１２に示すように、ガラス配線基板１およびガラス配線基板１Ａの両方を１つのガラス配線基板において組み合わせたガラス配線基板１Ｂを用いて、それぞれの製造方法を説明する。また、ガラス配線基板１Ｂにおいては、ガラス配線基板１のスペーサー３０は、シード層３５を介してガラス基材１０に設ける構成を説明する。

まず、図４に示すように、ガラス基材１０の主面１１側の全面にシード層２３を積層する。シード層２３は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法または無電解めっき法によって形成される。第１の実施形態では、電気特性、製造の容易性の観点およびコスト面を考慮して、シード層２３は、ＴｉとＣｕを順次積層したＴｉ／Ｃｕのスパッタ被膜を用いた。

なお、第１の実施形態において、ガラス基材１０は、ガラス（ＯＡ−１０Ｇ（日本電気硝子株式会社製）、０．５ｍｍ厚）を使用した。また、ガラス基材１０の線膨張係数は、約４ｐｐｍ／Ｋのものを用いた。

次に、図５に示すように、シード層２３の上に樹脂層５２を形成する。さらに、この樹脂層５２の一部に開口部５１を形成する。樹脂層５２は、例えば、印刷法、真空プレス法、真空ラミネート法、ロールラミネート法、スピンコート法、ダイコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、又はフォトリソグラフィー法等により形成される。第１の実施形態では、フォトリソグラフィー法を用いて樹脂層５２を形成した。樹脂層５２は、コスト面、電気特性および製造容易性の観点から、感光性樹脂の１つである感光性ドライフィルムレジストとした。また、樹脂層５２の厚みは２５μｍとした。

開口部５１は、図５に示すように、樹脂層５２の一部を削ることにより形成される。具体的には、開口部５１は、レーザーの照射またはフォトリソグラフィー法により樹脂層５２の一部を除去することによって形成される。第１の実施形態では、開口部５１の径は、φ５６０μｍとなるようにパターニングを行った。なお、開口部５１は、ランド層２０が最終的に形成される部分である。

次に、図６に示すように、開口部５１内に金属層２１を積層する。金属層２１を形成する方法としては、ウエット処理に代表されるめっき法または真空プロセスに代表されるスパッタ法がある。第１の実施形態において、金属層２１は、タクトタイム、コスト面、電気特性及び製造の容易性の観点から電解めっき法を用いて成膜した。また、めっき法は、無電解めっき法または電解めっき法のいずれの方法を用いることができる。なお、例えば、図示しない表面処理層が無電解Ｎｉ（ニッケル）めっき皮膜である場合、Ｎｉめっき皮膜中にはリンやホウ素などの無機物が含まれていることもある。また、表面処理層がＰｄ（パラジウム）皮膜である場合、Ｐｄ皮膜中には、上記無機物以外のＷ（タングステン）などが含まれていてもよく、例えば、Ａｕ／無電解Ｐｄ−Ｐ／無電解Ｎｉ−Ｐ皮膜などを形成することができる。または、プレソルダー処理が施されていてもよく、ＯＳＰ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ）等の有機皮膜処理が施されてもよい。第１の実施形態では、金属層２１の金属種としてＣｕを用いた。具体的には、開口部５１内に、電解銅めっきによる金属層２１を積層した。金属層２１の厚みは、５μｍとなるように調整した。

次に、図７に示すように、樹脂層５２を除去する。また、金属層２１が形成されていない部分のシード層２３も除去する。樹脂層５２は、例えばレーザーの照射、又はフォトリソグラフィー法により除去することができる。第１の実施形態では、フォトリソグラフィー法を用いて樹脂層５２を除去した。シード層２３は、例えばウエットエッチング、またはドライエッチングによって除去することができる。かくして、ガラス基材１０の主面１１上に、電解銅めっきの金属層２１とＴｉ／Ｃｕのシード層２３とで構成されるランド層２０を得ることができる。

因みに、第１の実施形態のガラス配線基板１Ｂにおける配線パターンは、例えば、セミアディティブ法によって形成される。

なお、セミアディティブ法とは、簡単に説明すると、Ｃｕ層等により形成されたシード層に、所望のパターンを有するレジスト材を積層する工程と、シード層における露出した部分を電解めっき法等により厚膜化する工程と、レジスト材を除去し、薄いシード層をエッチングする工程とを経て配線パターンを得る方法である。

次に、図８に示すように、ランド層２０が設けられた状態において、ガラス基材１０に開口部５３と開口部５５と開口部５７を有する樹脂層５０を形成する。樹脂層５０は、例えば、印刷法、真空プレス法、真空ラミネート法、ロールラミネート法、スピンコート法、ダイコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、又はフォトリソグラフィー法等の方法で形成することができる。樹脂層５０は、製造容易性の観点からスピンコート法、真空ラミネート法または真空プレス法により形成される。

具体的には、樹脂層５０は、ガラス基材１０の主面１１から端面５０３までの高さが熱硬化後で１０μｍとなるように感光性ポリイミド層をスピンコート法によって形成される。その後、樹脂層５０には、φ５００μｍの開口部５３と、φ３００μｍの開口部５５と、φ２００μｍの開口部５７と、がそれぞれ形成される。なお、開口部５３、開口部５５、および開口部５７の形成には、例えば、フォトリソグラフィー法が用いられる。

次に、図９に示すように、樹脂層５０の表面５０１、ランド層２０の端面２０１及びガラス基材１０の主面１１上にシード層３５を形成する。シード層３５は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法または無電解めっき法によって形成される。第１の実施形態では、シード層３５は、コスト、電気特性、及び製造容易性の観点から、Ｔｉ／Ｃｕを用いて形成された。

次に、図１０に示されるようにシード層３５の図示上側に樹脂層５４を形成するとともに、この樹脂層５４に開口部５３、開口部５５を設ける。具体的には、樹脂層５４は、感光性ドライフィルムレジストをその高さが１００μｍとなるようにシード層３５の上に積層することにより形成される。その後、開口部５３および開口部５５がそれぞれフォトリソグラフィー法により形成される。このときの開口部５３の径はφ５１０μｍとし、開口部５５の径は、φ３１０μｍとした。

樹脂層５４の形成方法としては、例えば、印刷法、真空プレス法、真空ラミネート法、ロールラミネート法、スピンコート法、ダイコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、又はフォトリソグラフィー法等の方法を用いることができる。第１の実施形態では、製造容易性の観点からスピンコート法、真空ラミネート法または真空プレス法を用いた。

次に、図１１に示すように、樹脂層５４の開口部５３及び開口部５５に、金属層３３を設ける。金属層３３の形成方法としては、印刷法、無電解めっき法、電解めっき法を用いることができる。第１の実施形態では、コスト、電気特性、及び製造容易性を考慮し電解めっき法を用いた。金属層３３の形成する方法は、ウエット処理に代表されるめっき法や、真空プロセスに代表されるスパッタ法が知られている。第１の実施形態においては、タクトタイムを考慮すると、めっき法を用いた。

具体的には、電解めっき法により開口部５３に金属層３３を積層した。同様に、電解めっき法により開口部５５に金属層３３を積層した。金属層３３の高さは、３０μｍとした。

なお、めっき法は、無電解めっき、電解めっきのいずれの方法も用いることができる。図示しない表面処理層が無電解Ｎｉめっき皮膜である場合、Ｎｉめっき皮膜中にはリンやホウ素などの無機物が含まれていてもよい。また、各表面処理層がＰｄ皮膜である場合、Ｐｄ皮膜中には、上記無機物以外のＷなどが含まれていてもよい。例えば、図示しない表面処理層としては、Ａｕ／無電解Ｐｄ−Ｐ／無電解Ｎｉ−Ｐ皮膜などを成膜することができる。または、各表面処理層は、プレソルダー処理、または、ＯＳＰ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ）等の有機皮膜処理が施されてもよい。

金属層３３の端面３１には、半田層７０が設けられる。半田層７０の形成方法としては、スクリーン印刷法、半田ボール振込み搭載法、電解めっき法等を用いることができる。第１の実施形態においては、半田積層量の低減と製造容易性の観点から電解めっき法を用いて、半田層７０を形成した。また、半田層７０は、電解Ｓｎ−Ａｇめっきにより形成された。

次に、図１２に示すように、樹脂層５４を除去する。続いて、シード層３５を樹脂層５０から除去する。樹脂層５４は、レーザーの照射、又はフォトリソグラフィー法等により除去することができる。第１の実施形態では、例えば、フォトリソグラフィー法を用いて樹脂層５４を除去した。シード層３５は、ウエットエッチング、またはドライエッチングにより除去することができる。

以上説明した図４〜図１２の製造工程を経ることによって、ガラス配線基板１Ｂは、シード層３５及び金属層３３を含むスペーサー３０を得ることができる。この結果、図１２に示すように、スペーサー３０、ランド層２０、光透過部９０、樹脂層５０およびガラス基材１０と、を備えたガラス配線基板１ｃを得ることができる。

このように、ガラス配線基板１、ガラス配線基板１Ａまたはガラス配線基板１Ｂは、半田層７０とガラス基材１０との間にスペーサー３０を備えている。すなわち、スペーサー３０は、半田とガラス基材１０との間の応力を緩衝する部材である。また、スペーサー３０は、半田の熱を吸収する吸熱体として機能する。また、スペーサー３０は、ガラス配線基板１と重ねて配置される配線基板４０との距離を一定に規定することができる。さらに、スペーサー３０を導電材料で形成することにより、電極として用いることもできる。

このため、半田層７０の半田が過冷却により急激に凝集した場合においても、スペーサー３０が緩衝するためガラス基材１０にクラックが生じることはない。

また、ガラス配線基板１およびガラス配線基板１Ａにおいては、配線基板４０を多層構造に重ねる場合において、スペーサー３０の高さを変えることで、重ねられる配線基板４０とガラス配線基板１との間隔を調節することができる。すなわち、従来のように、半田層７０を厚くすることにより、ガラス配線基板１と配線基板４０との間隔を調節する必要がない。このため、半田層７０の半田の使用量は、スペーサー３０に配線基板４０を固定できる量であればよい。結果、ガラス配線基板１及びガラス配線基板１Ａの半田の使用量を低減することができる。また、一箇所に使用される半田量が減ることにより、スペーサー３０に積層された半田は急激に吸熱される。これにより、急激な分子の結晶化が生じるため過冷却の発生も低減することができる。

また、スペーサー３０は、樹脂層５０よりも高く設けられている。このため、重ねて設けられる配線基板４０が樹脂層５０に当たることがない。また、半田はスペーサー３０の端面３１に積層されるため、配線基板４０の重みにより半田が変形してもスペーサー３０よりも配線基板４０が低く設置されることがない。このため、製品ごとのロット差を無くすことができる。

また、第１の実施形態においては、スペーサー３０に積層される半田の量は少なくてすむため、過冷却が発生しにくい。このため、スペーサー３０は、ガラス配線基板１に重ねられる配線基板４０にガラス基材を用いる場合において、配線基板４０側のクラックも防ぐことができる。

［第２の実施形態］
続いて、第２の実施形態に係るガラス配線基板１Ｃおよびその変形例であるガラス配線基板１Ｄについて図１３および図１４を用いて説明する。なお、第２の実施形態の説明において、第１の実施形態と同様に機能する部材については、同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。

第１の実施形態のガラス配線基板１と第２の実施形態のガラス配線基板１Ｃとの相違点は、ガラス基材１０の主面１１に偏光フィルム１４が設けられている点である。偏光フィルム１４は、例えば、反射防止膜またはＩＲカットフィルター等である。第２の実施形態のガラス配線基板１Ｃおよびその変形例であるガラス配線基板１Ｄにおいて、偏光フィルム１４は、ガラス基材１０の両面に設けられているが、偏光フィルム１４の種類や機能により主面１１側のみに設けてもよい。

これら反射防止膜またはＩＲカットフィルター等の機能膜は、偏光フィルムである必要はなく、多層蒸着膜や液状の材料によるコーティング膜であってもよい。また、機能膜は、他の機能として、例えば、強度付与、帯電防止付与、着色、テクスチャー制御などの機能が付与されても良い。これら機能膜の例として、強度付与を目的とした膜としては、例えば、ハードコート膜が知られている。また、帯電防止付与を目的とした膜としては、例えば、帯電防止膜が知られている。また、着色を目的とした膜としては、光学フィルター膜が知られている。テクスチャー制御を目的とした膜としては、アンチグレア、光散乱膜などが知られている。なお、機能膜は、上記に列挙した限りではない。これらの機能膜の形成方法としては、蒸着、スパッタ法、または、ウエット方式などの表面処理技術が用いることができる。

反射防止膜としては、例えば、屈折率が異なる複数の誘電体材料を積層して形成されたものが知られている。誘電体多層膜を用いた反射防止膜は、使用する波長帯等に応じて、誘電体材料の組み合わせやこれらの屈折率、各誘電体層の層数や積層順序等が異なる。例えば、２種類の誘電体材料を用いる場合には、高屈折率材料からなる誘電体層と低屈折率材料からなる誘電体層が交互に積層される。

反射防止膜の材質は、有機材料が良く知られているが、無機材料を用いることもできる。反射防止膜は、任意の反射率・透過率波長特性を実現できるものとし、要求される反射率・透過率が満たされるものであれば、総厚に関しては限定されるものではない。

このような構造を有するガラス配線基板１Ｃおよびガラス配線基板１Ｄは、スペーサー３０の上に別の配線基板４０が重ねられるときの、半田からの熱、または、半田の熱によるスペーサー３０の歪みにより発生する応力からガラス基材１０を保護することができる。

また、ガラス配線基板１Ｃおよびガラス配線基板１Ｄは、機能膜を有することにより、ガラス基材１０に係る外力からガラス基材１０を保護し、ガラス基材１０の破損を抑制することができる。

［第３の実施形態］
以下、本発明に係る第３の実施形態に係るガラス配線基板１Ｅについて図１５及び図１６を用いて説明する。
図１５は、第３の実施形態に係るガラス配線基板１Ｅの一部を示す平面概略図である。図１６は、ガラス配線基板１ＥをＦ１６−Ｆ１６の構成を示す断面図である。なお、第３の実施形態に係るガラス配線基板１Ｅの構成のうち、第１の実施形態に係るガラス配線基板１と同様に機能する部材については、同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。

図１５及び図１６に示すように、ガラス配線基板１Ｅは、ガラス基材１０と、スペーサー３０Ａと、シード層３５と、半田層７０と、樹脂層５０と、光透過部９０と、を備えている。

スペーサー３０Ａは、ガラス基材１０上に設けられる導体層である。スペーサー３０Ａは、いわゆるポスト、または、ピラーと呼称されるものである。

スペーサー３０Ａは、図１５および図１６に示すように、ガラス基材１０の主面１１に突起状に設けられるとともに、その一部が樹脂層５０に当接して設けられる。スペーサー３０Ａは、端面３１側の外周面の少なくとも一部に、樹脂層５０と当接する突起部３２を有する。例えば、スペーサー３０Ａは、端面３１側が大径となる異なる二つの外径を有する円柱状に構成される。

ガラス基材１０の主面１１上にはスペーサー３０Ａが少なくとも１つ設けられる。スペーサー３０Ａの材料としては、第１の実施形態のスペーサー３０と同じ材料が用いられる。なお、本実施形態においては、スペーサー３０Ａは、シード層３５を挟んでガラス基材１０に設けられる。なお、スペーサー３０Ａは、ガラス基材１０の主面１１に直接設ける構成であってもよい。

次に、図１６乃至図２１を参照しながら、第３の実施形態に係るガラス配線基板１Ｅの製造方法を説明する。

まず、図１７に示すように、ガラス基材１０の上に樹脂層５０を形成する。続いて、樹脂層５０の一部を除去し、円柱状の開口部５５及び光透過部９０の形状の開口部５７を形成する。開口部５５の内径は、スペーサー３０Ａの小径側の外径と同一径に形成する。

開口部５５及び開口部５７は、レーザーの照射またはフォトリソグラフィー法により形成する。本実施形態では、例えば、開口部５５の内径がφ３５０μｍとなるようにパターニングを行った。

次に、図１８に示すように、樹脂層５０の表面及びガラス基材１０の主面１１上にシード層３５を形成する。シード層３５は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法または無電解めっき法によって形成する。本実施形態では、シード層３５は、Ｔｉ／Ｃｕを用いて形成した。

次に、図１９に示されるように、シード層３５の上に樹脂層５４を形成する。樹脂層５４の樹脂材料としては、例えば、感光性ドライフィルムレジストを用いた。樹脂層５４は、例えば、シード層３５の上にその高さが１００μｍとなるように形成した。ガラス基材１０の開口部５５が構成された部分の樹脂層５４を除去することにより、開口部５５上に円柱状の開口部５９を形成する。

開口部５９の内径は、開口部５５の内径よりも大径であって、且つ、スペーサー３０Ａの大径側の外径と同一径に形成する。本実施形態では、例えば、開口部５９の内径は、φ５００μｍとなるようにパターニングを行った。開口部５５及び開口部５９は、スペーサー３０Ａの形状と同一形状の空間を構成する。

次に、図２０に示すように、樹脂層５４の開口部５５及び開口部５９に、金属層３３を設ける。金属層３３は、開口部５５の全部を埋めるとともに、開口部５９の一部を埋める高さに形成される。ここで、金属層３３は、スペーサー３０Ａの高さと同じ高さに形成される。

金属層３３の形成方法としては、印刷法、無電解めっき法、電解めっき法を用いることができる。本実施形態では、金属層３３は、開口部５５及び開口部５９に電解めっき法により形成する。

金属層３３を開口部５１の内周面に設けられたシード層３５の内側に形成することで、スペーサー３０Ａの小径側の外周面及び突起部３２の小径側の主面にシード層３５が一体に設けられる。本実施形態においては、ガラス基材１０および樹脂層５０と金属層３３の間にはシード層３５を設けることで、各層との接着性を高めることが可能となる。

次に、図２１に示すように、スペーサー３０Ａの端面３１Ａに半田層７０を設ける。半田層７０の形成方法としては、スクリーン印刷法、半田ボール振込み搭載法、電解めっき法などを用いることができる。本実施形態においては、半田層７０は、電解めっき法による電解Ｓｎ−Ａｇめっきにより形成する。

次に、図１６に示すように、ガラス基材１０上に形成されている樹脂層５４を除去する。樹脂層５４の除去方法としては、レーザーの照射、またはフォトリソグラフィー法などを用いることができる。本実施形態では、例えば、フォトリソグラフィー法を用いて樹脂層５４を除去する。続いて、ガラス基材１０上に形成されているシード層３５を樹脂層５０から除去する。シード層３５の除去方法としては、ウエットエッチング、またはドライエッチングを用いることができる。

以上説明した図１６乃至図２１の製造工程を経ることによって、ガラス基材１０の主面１１上にスペーサー３０Ａ、樹脂層５０及び半田層７０を有するガラス配線基板１Ｅを得ることができる。

このような構造を有するガラス配線基板１Ｅは、上述の第１の実施形態のガラス配線基板１と同様に、スペーサー３０Ａを有することで、ガラス基材１０にクラックが生じることを防止できる。

また、ガラス配線基板１Ｅのスペーサー３０Ａは、スペーサー３０Ａの突起部３２の端面３１とは相対する主面が樹脂層５０に当接する構成である。このため、スペーサー３０Ａは、ガラス基材１０及び樹脂層５０に支持されることから、配線基板４０からスペーサー３０Ａに印加される荷重はガラス基材１０及び樹脂層５０で受けることになる。即ち、スペーサー３０Ａからガラス基材１０及び樹脂層５０に印加された配線基板４０の荷重により生じる応力は、ガラス基材１０及び樹脂層５０に分散されることから、ガラス基材１０に印加される応力を低減することが可能となる。結果、ガラス配線基板１Ｅは、ガラス基材１０のクラックを抑制することができる。

また、第３の実施形態に係るガラス配線基板１Ｅの変形例として、例えば、図２２にガラス配線基板１Ｆを示す。ガラス配線基板１Ｆは、ガラス配線基板１Ｅの構成に加えて、樹脂層５０の主面５０ａ上に、金属層３３及びシード層３５を有するスペーサー３０Ｂを設ける構成である。

スペーサー３０Ｂは、スペーサー３０と同様に円柱状に構成され、スペーサー３０、３０Ａと同じ材料により構成される。

このようなガラス配線基板１Ｆは、スペーサー３０Ａ及びスペーサー３０Ｂを備えることにより配線基板４０の上方にさらに他の配線基板４０Ａを配置することが可能となる。これにより、ガラス配線基板１Ｆは、複数の配線基板４０、４０Ａを高密度にガラス基材１０の上に設けることができる。

なお、本発明は上述の実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、ガラス配線基板１のスペーサー３０は、ガラス基材１０の主面１１に直接的に設置されているが、ガラス配線基板１Ａ、１Ｂと同じようにシード層３５を設けて配置することも可能である。すなわち、ガラス基材１０と半田層７０との間に所定の間隔を設けることができればよい。また、スペーサー３０は、導電性材料に限られない。すなわち、種々の樹脂材料やセラミック材料を用いて形成することも可能である。

また、上述した例では、ガラス配線基板１、１Ａのスペーサー３０、３０Ａは、円柱状の構成を説明したがこれに限定されず、四角柱状やガラス基材１０の主面１１の面方向に沿って一方向に延びる壁状であってもよい。

また、ガラス配線基板１Ｆに示したスペーサー３０Ｂは、例示的に、異なる２つの外径を有する円柱状に構成され、スペーサー３０Ｂの大径部により突起部３２を形成する構成を説明したがこれに限定されない。スペーサー３０Ｂの突起部３２は、樹脂層５０と当接することで、スペーサー３０Ｂからガラス基材１０に印加される荷重（応力）を分散可能であれば、適宜設定できる。このため、スペーサー３０Ｂは、異なる幅を有する四角柱状に構成されていてもよい。また、スペーサー３０Ｂは、複数の板状の突起部３２がスペーサー３０Ｂの端面３１側の外周面に設けられる構成であってもよい。なお、この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

１…ガラス配線基板、１Ａ…ガラス配線基板、１Ｂ…ガラス配線基板、１Ｃ…ガラス配線基板、１Ｄ…ガラス配線基板、１Ｅ…ガラス配線基板、１Ｆ…ガラス配線基板、１０…ガラス基材、１１…主面、１４…偏光フィルム、２０…ランド層、２１…金属層、２３…シード層、３０…スペーサー、３０Ａ…スペーサー、３０Ｂ…スペーサー、３１…端面、３１Ａ…端面、３２…突起部、３３…金属層、３５…シード層、４０…配線基板、５０…樹脂層、５１…開口部、５２…樹脂層、５３…開口部、５４…樹脂層、５５…開口部、５７…開口部、７０…半田層、９０…光透過部、２０１…端面、５０１…表面、５０３…端面。

Claims (9)

1. 平板状に形成されたガラス基材と、
   前記ガラス基材の一方の主面に突起状に設けられたスペーサーと、
   前記スペーサーの端面に積層される半田層と、
   を備えることを特徴とするガラス配線基板。
2. 前記スペーサーは、前記主面からの高さが、前記ガラス基材に積層される他の部材よりも高く形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガラス配線基板。
3. 前記スペーサーは、前記ガラス基材にシード層を介して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガラス配線基板。
4. 前記スペーサーは、導電性材料で構成され、前記ガラス基材に設けられたランド層と接触して設けられることを特徴とする請求項１に記載のガラス配線基板。
5. 前記他の部材は、前記ガラス基材上に設けられた樹脂層であることを特徴とする請求項２に記載のガラス配線基板。
6. 前記ガラス基材の少なくとも一方の前記主面に機能膜が設けられ、前記機能膜の上に前記スペーサー及び前記樹脂層が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のガラス配線基板。
7. 前記スペーサーは、前記端面上に前記半田層を介して前記ガラス配線基板に重ねられる配線基板が接続され、
   前記樹脂層は、前記配線基板に設けられる光学デバイスと対向する位置に、前記ガラス基材を露出する開口部を有していることを特徴とする請求項５に記載のガラス配線基板。
8. 前記スペーサーは、前記スペーサーの外周面に前記樹脂層の主面と当接する突起部を有することを特徴とする請求項５に記載のガラス配線基板。
9. 平板状に形成されたガラス基材、前記ガラス基材の一方の主面に突起状に設けられたスペーサー、及び、前記スペーサーの端面に積層される半田層を備えるガラス配線基板と、
   前記スペーサーの前記端面上に前記半田層を介して接続され、前記ガラス配線基板に重ねられる配線基板と、
   を有することを特徴とする半導体装置。