JP3922977B2 - 半導体装置内蔵多層配線基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置内蔵多層配線基板に関し、特に、半導体装置を搭載した配線基材を含む複数の配線基材を積層してなる高密度かつ超小型の３次元実装モジュールに用いて好適な半導体装置内蔵多層配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プリント積層板やセラミック積層板等の基板上に、抵抗、キャパシタなどの受動部品の他に、小型半導体パッケージ、半導体ベアチップ、ＦＢＧＡ（fine pitch ball grid array）等の小型能動部品を実装することにより、基板における部品の実装密度を向上させ、電子装置の小型化、軽量化、薄型化を図った表面実装法が実用化されている。この表面実装法は、各部品の大きさを小型化しようとするものである。
また、部品の実装密度をさらに向上させるために、半導体装置を３次元的に積み上げる３次元実装技術を用いた３次元実装モジュールも開発されている。この３次元実装モジュールは、上述した表面実装法によっても配置しきれない部品、とりわけ、部品サイズの大きい半導体装置を立体的に配置し、あるいは、基板内部に入れ込んで、実装密度を高めようとするものである。
【０００３】
上記の３次元実装技術は、機器の小型化だけではなく、コンピュータや通信機器などの高速化にも寄与する技術として、最近特に注目されている技術である。
例えば、通信機器においては、今後、撮像素子を用いた動画通信機能、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈのインターフェース機能、ＧＰＳ機能等が搭載されることが見込まれており、部品点数の増加をともなう多機能化が積極的に押し進められ、実装技術の高密度化を牽引していくものである。特に、小型半導体装置である半導体チップを３次元的に積層して配線すれば、配線長を短くすることができ、高速信号を伝送することができるようにもなるために、３次元実装技術の採用は不可欠である。
【０００４】
３次元実装技術には、大きく分けて２種類の技術がある。
一つはプリント配線基板上や内部に部品を積層する３次元実装モジュール等についての技術であるが、３次元実装モジュール等を採用する機器メーカが専用実装機の研究開発を進める必要があることから、殆ど普及していない。
もう一つはパッケージ内で半導体チップを積層する３次元実装パッケージについての技術であり、３次元実装パッケージ等を製造する電気メーカーにとっては、半導体チップの種類や個数、積層する配線基板の枚数が他社との差別化要因になることと、同一の形状であっても、多種多様の機能を発揮することができることのために、ＬＳＩメーカーが開発に本腰を入れ始めている。
【０００５】
この３次元実装パッケージは、耐熱性樹脂からなる絶縁基板に導体配線を形成することにより複数種の配線基板を作製し、これらの配線基板のうち１つ以上に半導体チップを搭載して半導体チップ搭載配線基板とし、これらの配線基板を積層し、熱圧着により融着一体化することで作製される。
積層及び融着一体化は、ヒータ内蔵の積層治具を用いて行われ、融着の温度は、耐熱性樹脂のガラス転移温度以上とされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の３次元実装パッケージは、半導体チップを搭載した基板を含む複数の配線基板を積層し、熱圧着により融着一体化したものであるから、この熱融着過程において半導体チップに直接加わる応力や、半導体チップと配線基板との熱膨張率の差に起因する熱的ストレスにより、半導体チップや配線基板と半導体チップとの間に変形や配線歪が生じ、配線不良や寸法のずれ等の不具合が生じる虞があるという問題点があった。
【０００７】
この変形や配線歪は、高密度かつ超小型の３次元実装モジュールにおいて必須とされる配線ピッチのファイン化にとって無視できない大きな問題となる。
さらに、この歪みや変形により、半導体チップや配線基板の初期特性が不安定になったり、特性の経時変化が大きくなり信頼性が低下する等の不具合が生じる虞があった。
また、熱圧着により融着一体化した後に、融着条件（温度、圧力）によっては、半導体チップと配線基板との間への樹脂の回り込みが不十分なためにボイドが形成され、このボイドに吸湿により水が溜まり、後のリフロー工程で膨れが生じ、吸湿リフロー耐熱性が低下するという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、半導体チップを搭載した基板を含む複数の配線基板を積層し融着一体化する際に、半導体チップや配線基板と半導体チップとの間に歪みや変形が生じる虞がなく、したがって、配線不良や寸法のずれ等の不具合が生じる虞がなく、また、ボイドの形成が無く、吸湿リフロー耐熱性が向上し、したがって、高密度かつ超小型の３次元実装モジュールにおける配線ピッチのファイン化が実現可能となり、その結果、半導体チップや配線基板の初期特性及び動作特性の安定性及び信頼性の向上が可能な半導体装置内蔵多層配線基板を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、半導体チップを搭載した基板を含む複数の配線基板を積層し、融着一体化する際に、半導体チップと隣接する配線基板との間に保護層を設ければ、この保護層が応力や熱膨張率の差による熱的ストレスを吸収し、半導体チップや配線基板と半導体チップとの間に歪みや変形が生じる虞がなくなり、配線不良や寸法のずれ等の不具合が生じる虞がなくなり、また、ボイドが発生する虞がなく、吸湿リフロー耐熱性の向上に繋がると考え、本発明に至った。
【００１０】
すなわち、本発明の半導体装置内蔵多層配線基板は、第１の熱可塑性樹脂組成物からなる絶縁基材に導体配線が形成された配線基材が複数、積層され、これら複数の配線基材のうち、１つまたは２つ以上の配線基材に半導体装置が搭載され、これらの配線基材同士が熱融着により一体化されてなる半導体装置内蔵多層配線基板において、前記半導体装置と、該半導体装置に隣接して配置される配線基材との間には、第２の熱可塑性樹脂組成物からなる保護層が形成され、前記保護層の熱融着温度における弾性率は、前記絶縁基材の熱融着温度における弾性率より小さいことを特徴とする。
【００１１】
この半導体装置内蔵多層配線基板では、半導体装置と、この半導体装置に隣接して配置される配線基材との間に、第２の熱可塑性樹脂組成物からなる保護層を形成したことにより、この保護層が応力や熱膨張率の差による熱的ストレスを吸収し、半導体チップや配線基材と半導体チップとの間の歪みや変形を防止する。これにより、この歪みや変形に起因する配線不良や寸法のずれ等の不具合を防止することが可能になり、高精度かつ高精細な導体配線が可能になる。
また、前記保護層を形成したことにより、ボイドの形成が無く、吸湿リフロー耐熱性が向上する。
これにより、電気的特性及び信頼性に優れた半導体装置内蔵多層配線基板を提供することが可能になる。
【００１２】
また、第２の熱可塑性樹脂組成物の種類を適宜選択することで保護層の多様化が可能になるので、耐湿性等、要求される様々な仕様に対しても対応が可能になる。
また、様々な仕様の第１及び第２の熱可塑性樹脂組成物を選択使用することで、様々な配線基材、様々な導体配線への対応が可能になり、少量多品種の製造形態に容易に適用可能である。
【００１３】
前記半導体装置が搭載された配線基材に隣接して配置される配線基材には、前記半導体装置を収納する開口が形成されていることが望ましい。
また、前記半導体装置と前記開口との間には、前記第２の熱可塑性樹脂組成物からなる保護層が形成されていることが望ましい。
【００１４】
また、前記第２の熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性フィルム、熱可塑性シート、熱可塑性接着剤、熱可塑性ペーストのいずれか１種であることが望ましい。
また、前記第１の熱可塑性樹脂組成物は、結晶融解温度が２６０℃以上である結晶性熱可塑性樹脂、ガラス転移温度が２６０℃以上である非晶性熱可塑性樹脂、液晶転移温度が２６０℃以上である液晶ポリマーから選択された１種を含有し、前記第２の熱可塑性樹脂組成物は、非晶性熱可塑性樹脂を含有してなることが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置内蔵多層配線基板の各実施の形態について説明する。
【００２０】
「第１の実施形態」
図１は本発明の第１の実施形態のＩＣチップ（半導体装置）内蔵多層配線基板を示す断面図であり、図において、符号１は最上層基材（最上層の配線基材）、２は穴空き（開口）内層基材（配線基材）、３はＩＣチップ（半導体装置）搭載内層基材（配線基材）、４は穴空き（開口）内層基材（配線基材）、５はＩＣチップ（半導体装置）搭載内層基材（配線基材）、６は例えばベアチップタイプのＩＣチップ（半導体装置）、７はＩＣチップ６の上面及び側面を覆うように形成された保護層である。
【００２１】
最上層基材１は、通常１００μｍ以下の厚みのフィルム、薄板状またはシート状のもので、第１の熱可塑性樹脂組成物からなる薄板状、フィルム状あるいはシート状の絶縁基材１１であり、この絶縁基材１１の表面及び裏面は平坦化されている。
この絶縁基材１１は、熱融着温度における弾性率が１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの第１の熱可塑性樹脂組成物により構成されている。
【００２２】
この第１の熱可塑性樹脂組成物は、結晶融解温度（Ｔｍ）が２６０℃以上である結晶性熱可塑性樹脂、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２６０℃以上である非晶性熱可塑性樹脂、液晶転移温度（Ｔｌ）が２６０℃以上である液晶ポリマーから選択された１種を含有している。
【００２３】
例えば、結晶融解温度が２６０℃以上である結晶性熱可塑性樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：Ｔｇ＝１４５℃、Ｔｍ＝３３５℃）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ：Ｔｇ＝１６５℃、Ｔｍ＝３５５℃）等のポリアリールケトン（ＰＡｒ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ：Ｔｇ＝１００℃、Ｔｍ＝２８０℃）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ：Ｔｇ＝１００℃、Ｔｍ＝２６５℃）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：Ｔｇ＝８０℃、Ｔｍ＝２６５℃）等が好適に用いられる。
【００２４】
この結晶性熱可塑性樹脂は単一で用いてもよく、複数の結晶性熱可塑性樹脂を混合した混合樹脂組成物を用いてもよい。また、この結晶性熱可塑性樹脂にポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等の非晶性熱可塑性樹脂を混合した混合樹脂組成物を用いてもよい。
この混合樹脂組成物としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を４０重量％、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を６０重量％含む樹脂組成物（ＰＥＥＫ／ＰＥＩ：Ｔｇ＝１８０℃、Ｔｍ＝３３５℃）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を４０重量％、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を６０重量％含む樹脂組成物（ＰＰＳ／ＰＥＩ：Ｔｇ＝１５０℃、Ｔｍ＝２８０℃）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）を４０重量％、変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ）を６０重量％含む樹脂組成物（ＳＰＳ／変性ＰＰＥ：Ｔｇ＝１２０℃、Ｔｍ＝２６５℃）等が好適に用いられる。
【００２５】
また、ガラス転移温度が２６０℃以上である非晶性熱可塑性樹脂としては、ポリアミドイミド（ＰＡＩ：Ｔｇ＝２８０℃）等が好適に用いられる。
また、液晶転移温度が２６０℃以上である液晶ポリマーとしては、全芳香族ポリエステル（ＰＥ：Ｔｌ＝３３０℃）等が好適に用いられる。
【００２６】
穴空き内層基材２は、上述した最上層基材１と全く同様の形状の第１の熱可塑性樹脂組成物からなる薄板状、フィルム状あるいはシート状の絶縁基材１１に、この絶縁基材１１を貫通するバイアホール１２が形成され、このバイアホール１２に導電性ペーストを硬化してなる導電材１３が充填され、さらに、この絶縁基材１１の所定位置にはＩＣチップ６を収納するために、このＩＣチップ６より広い面積の開口１４が形成されている。この開口１４の大きさは、収納されるＩＣチップ６の大きさに対して最適な大きさに設定される。
【００２７】
ＩＣチップ搭載内層基材３は、上述した最上層基材１と全く同様の形状の第１の熱可塑性樹脂組成物からなる薄板状、フィルム状あるいはシート状の絶縁基材１１の一方の面（この図では上側）に、配線回路形成用の溝部１７が形成されるとともに、絶縁基材１１を貫通するバイアホール１２が形成され、この溝部１７及びバイアホール１２には導電性ペーストを硬化してなる導電材１３が充填され、さらに、この絶縁基材１１上にＩＣチップ６が搭載され、このＩＣチップ６の端子１８は導電材１３により構成される配線回路に電気的に接続されている。
【００２８】
そして、ＩＣチップ搭載内層基材３に搭載されるＩＣチップ６の周囲、すなわちその上面と、このＩＣチップ６に対向配置された最上層基材１との間、及びこのＩＣチップ６の側面と穴空き内層基材２の開口１４との間には、第２の熱可塑性樹脂組成物からなる保護層７が形成されている。
この保護層７は、弾性率が絶縁基材１１より小さい第２の熱可塑性樹脂組成物により構成され、その弾性率は、例えば、絶縁基材１１の熱融着温度において１０ＭＰａ未満である。
【００２９】
この第２の熱可塑性樹脂組成物は、非晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂であり、例えば、ポリスルホン（ＰＳＦ：Ｔｇ＝１９０℃）、ポリアリレート（ＰＡｒ：Ｔｇ＝１７５℃）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ：Ｔｇ＝２３０℃）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ：Ｔｇ＝２１６℃）、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｔｇ＝１５０℃）、変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ：Ｔｇ＝１４５℃）等が好適に用いられる。
【００３０】
この第２の熱可塑性樹脂組成物は、ＩＣチップ６の絶縁性を確保するためにも絶縁性を有するものが好ましいが、例えば、ＩＣチップ６の絶縁性が充分確保されており、熱圧着する際の応力や熱膨張率の差に起因する熱的ストレスを吸収するのが主たる目的である場合には、特に絶縁性樹脂に限定する必要はない。
この第２の熱可塑性樹脂組成物の形状は、フィルム状、シート状、あるいは薄板状等、用途や要求される仕様等により、最適な形状のものが適宜選択され、使用される。
【００３１】
穴空き内層基材４は、上述した穴空き内層基材２と全く同様の構成であり、開口１４の大きさ及び形状は、収納されるＩＣチップ６の大きさ及び形状により適宜変更可能である。
ＩＣチップ搭載内層基材５は、上述したＩＣチップ搭載内層基材３と全く同様の構成であり、搭載されるＩＣチップ６は、要求される仕様等により、その特性等が適宜変更可能である。
【００３２】
そして、このＩＣチップ搭載内層基材５においても、ＩＣチップ搭載内層基材３と全く同様に、ＩＣチップ搭載内層基材５に搭載されるＩＣチップ６の上面と、このＩＣチップ６に対向配置されたＩＣチップ搭載内層基材３との間、及びこのＩＣチップ６の側面と穴空き内層基材４の開口１４との間には、第２の熱可塑性樹脂組成物からなる保護層７が形成されている。
【００３３】
これら最上層基材１〜ＩＣチップ搭載内層基材５は、この順に積層されて熱圧着により接着一体化され、これら基材１〜５各々の配線回路及び各基材１〜５間を電気的に接続する配線は、導電性ペーストを硬化してなる導電材１３により構成されている。
【００３４】
ここで、上記の第１の熱可塑性樹脂組成物は、この第１の熱可塑性樹脂組成物１００重量部に対して、無機充填材を２０重量部以上かつ５０重量部以下混合してもよい。
無機充填材としては、特に制限はなく、公知のいかなるものも使用できる。例えば、シリカ、タルク、マイカ、雲母、ガラスフレーク、窒化ホウ素（ＢＮ）、板状炭カル、板状水酸化アルミニウム、板状シリカ、板状チタン酸カリウム等が挙げられる。これらは１種類を単独で添加してもよく、２種類以上を組合せて添加してもよい。特に、平均粒径が１５μｍ以下、アスペクト比（粒径／厚み）が３０以上の鱗片状の無機充填材が、平面方向と厚み方向の線膨張係数比を低く抑えることができ、熱衝撃サイクル試験時の基板内のクラック発生を抑制することができるので、好ましい。
【００３５】
この無機充填材の添加量は、熱可塑性樹脂組成物１００重量部に対して２０重量部以上かつ５０重量部以下が好ましい。５０重量部を超えると、無機充填材の分散不良の問題が発生し、線膨張係数がばらつき易くなるからであり、また、２０重量部未満では、熱成形に用いるガラススタンパーと絶縁基材１１の線膨張係数の差により、絶縁基材１１に寸法収縮が発生するからであり、さらに、線膨張係数を低下させて寸法安定性を向上させる効果が小さく、リフロー工程において線膨張係数差に起因する内部応力が発生し、基板にそりやねじれが発生するからである。
【００３６】
上記の第１の熱可塑性樹脂組成物に対しては、その性質を損なわない程度に、他の樹脂や無機充填材以外の各種添加剤、例えば、安定剤、紫外線吸収剤、光安定剤、核剤、着色剤、滑剤、難燃剤等を適宜添加してもよい。
また、第２の熱可塑性樹脂組成物に対しても、基本条件を満足すれば無機充填材等を適宜添加してもよい。
上記の導電材１３は、導電性ペーストを加熱し硬化させたもので、導電性ペーストとしては、樹脂系低温焼成タイプの銀（Ａｇ）ペースト、銀（Ａｇ）−パラジウム（Ｐｄ）ペースト、銅（Ｃｕ）ペースト、金属系低温焼成タイプの銀（Ａｇ）−スズ（Ｓｎ）ペースト等が好適に用いられる。
【００３７】
次に、本実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法について図２〜図５に基づき説明する。
ここでは、まず、個々の配線基材の製造方法について説明し、次いで、これらの配線基材を用いたＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法について説明する。
【００３８】
（１）最上層基材及び穴空き内層基材の製造方法
まず、図２（ａ）に示すように、第１の熱可塑性樹脂組成物からなる絶縁基材２１を用意する。この第１の熱可塑性樹脂組成物としては、結晶融解温度（Ｔｍ）が２６０℃以上である結晶性熱可塑性樹脂、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２６０℃以上である非晶性熱可塑性樹脂、液晶転移温度（Ｔｌ）が２６０℃以上である液晶ポリマー等が好適に用いられる。
【００３９】
上記の結晶性熱可塑性樹脂としては、例えば、結晶融解温度（Ｔｍ）が２６０℃以上であるポリアリールケトン（ＰＡｒ）とポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を主成分とする熱可塑性樹脂が好ましく、特に、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を４０重量％、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を６０重量％含む樹脂組成物（ＰＥＥＫ／ＰＥＩ）が好ましい。
【００４０】
この絶縁基材２１は、フィルム状、薄板状またはシート状で提供される。成形方法としては、公知の方法、例えばＴダイを用いる押出キャスト法、あるいはカレンダー法等を採用することができ、特に限定されるものではないが、シートの製膜性や安定生産性等の面から、Ｔダイを用いる押出キャスト法が好ましい。Ｔダイを用いる押出キャスト法での成形温度は、組成物の流動特性や製膜性等によって適宜調整されるが、例えば、結晶融解ピーク温度が２６０℃以上であるポリアリールケトン樹脂とポリエーテルイミド樹脂を主成分とする熱可塑性樹脂の場合、概ね結晶融解ピーク温度が４３０℃以下である。
この絶縁基材２１は、そのままの形態で最上層基材２２として用いることができる。
【００４１】
次いで、図２（ｂ）に示すように、絶縁基材２１の所定位置に、レーザもしくは機械ドリル等を用いて絶縁基材２１を貫通する貫通孔２３を形成し、バイアホール１２とする。
次いで、図２（ｃ）に示すように、スキージ印刷等によりバイアホール１２内に導電性ペースト２４を充填し、その後、この導電性ペースト２４を１２０℃〜１６０℃で、３０分〜６０分加熱して硬化させ、導電材１３とする。
【００４２】
次いで、図２（ｄ）に示すように、図示しない研磨機を用いて絶縁基材２１上に残っている導電材１３を研削して除去するとともに、絶縁基材２１の表面を平坦化する。
次いで、図２（ｅ）に示すように、図示しない打ち抜き用の成型機を用いて、この絶縁基材２１の所定箇所にＩＣチップ収納用の開口１４を打ち抜き、穴空き内層基材２５を得る。
【００４３】
（２）ＩＣチップ搭載内層基材の製造方法
まず、図３（ａ）に示すように、上述した最外層基材２２及び穴空き内層基材２５と同様に、第１の熱可塑性樹脂組成物からなる絶縁基材２１を用意し、この絶縁基材２１の表面（一方の面）に、スタンパ３１の凸部３２を熱転写する。この熱転写の条件は、例えば、温度：１７５〜２０５℃、圧力：２０〜６０ｋｇ／ｃｍ２である。
この熱転写により、図３（ｂ）に示すように、絶縁基材２１の表面に配線回路形成用溝部１７が形成される。
【００４４】
スタンパ３１は、絶縁基材２１に対して離型性の良好な材質、例えば、ガラス、セラミックス等により構成されたもので、特に、３〜５ｍｍの厚みの耐熱ガラスが好適に用いられる。このスタンパ３１は、耐熱ガラス板上にフォトリソグラフ法を用いてレジストマスクを形成し、その後、このレジストマスクを用いてサンドブラスト法により配線回路パターンに対応する凸部３２を形成することにより作製される。
【００４５】
次いで、絶縁基材２１の所定位置に、レーザもしくは機械ドリル等を用いて絶縁基材２１を貫通する貫通孔３３を形成し、バイアホール１２とする。このバイアホール１２は、スタンパにより配線回路形成用溝部１７と同時に成形しても構わない。
【００４６】
次いで、図３（ｃ）に示すように、スキージ印刷等により配線回路形成用溝部１７及びバイアホール１２内に導電性ペースト３４を充填し、その後、この導電性ペースト３４を１２０℃〜１６０℃で、３０分〜６０分加熱して硬化させ、導電材１３とする。
次いで、図３（ｄ）に示すように、図示しない研磨機を用いて絶縁基材２１上に残っている導電材１３を研削して除去するとともに、絶縁基材２１の表面を平坦化する。
【００４７】
次いで、図３（ｅ）に示すように、絶縁基材２１上の所定位置にＩＣチップ６を配置し、このＩＣチップ６上にヒーター内蔵の熱圧着治具３５を載置し、この熱圧着治具３５を押下させることにより、ＩＣチップ６を絶縁基材２１に熱圧着する。熱圧着は、例えば、温度：１８０〜２００℃、圧力：１０〜１００ｋｇ／ｃｍ２の条件で行う。
【００４８】
この熱圧着により、図３（ｆ）に示すように、ＩＣチップ６の端子１８が絶縁基材２１の導電材１３、すなわち導電回路に電気的に接続されるとともに、ＩＣチップ６と絶縁基材２１とが一体化されたＩＣチップ搭載内層基材３６を得ることができる。また、導電材１３のパターン、すなわち導電回路のパターンが異なる絶縁基材２１を用いれば、上記と配線回路の異なるＩＣチップ搭載内層基材を得ることができる。
【００４９】
（３）ＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法
まず、図４に示すように、ヒーター内蔵の積層治具４１内に、弾性及び離型性を有するクッションフィルム４２、ＩＣチップ搭載内層基材３６、非晶性の第２の熱可塑性樹脂組成物からなる熱可塑性フィルム４３、穴空き内層基材２５、ＩＣチップ搭載内層基材３６、非晶性の第２の熱可塑性樹脂組成物からなる熱可塑性フィルム４３、穴空き内層基材２５、最上層基材２２、弾性及び離型性を有するクッションフィルム４２をこの順に重ねる。
【００５０】
ここでは、熱可塑性フィルム４３は、絶縁性を有するもので、ＩＣチップ搭載内層基材３６に搭載されるＩＣチップ６の上面全体の面積より広く、かつ、熱融着された際においては、ＩＣチップ６の上面と、このＩＣチップ６に対向配置されたＩＣチップ搭載内層基材３６との間、及びこのＩＣチップ６の側面と穴空き内層基材２５の開口１４との間を充分に充填できるように、その面積及び厚み、すなわち重量が決定される。
【００５１】
この熱可塑性フィルム４３は、ＩＣチップ６及び絶縁基材２１と融着し易く、絶縁基材２１のガラス転移温度（Ｔｇ）以下で絶縁基材２１より弾性率が低く、かつ熱圧着温度において絶縁基材２１より弾性率が低く十分に流動化してＩＣチップ６の周囲を覆うものが好ましい。
この熱可塑性フィルム４３は、絶縁性を有するものが好ましいが、ＩＣチップ６の絶縁性が充分確保されている場合には、特に絶縁性フィルムに限定する必要はない。
【００５２】
この熱可塑性フィルム４３として、特に好ましいものは、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ：Ｔｇ＝２１６℃）、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｔｇ＝１５０℃）等である。これらの樹脂組成物は、絶縁基材２１にポリアリールケトン（ＰＡｒ）とポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を主成分とする熱可塑性樹脂を用いた場合、より具体的には、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を４０重量％、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を６０重量％含む樹脂組成物（ＰＥＥＫ／ＰＥＩ：Ｔｇ＝１８０℃、Ｔｍ＝３３５℃）を用いた場合において好適である。
【００５３】
次いで、押圧治具４４を押下させかつ加熱することにより、これらＩＣチップ搭載内層基材３６〜最上層基材２２に熱圧着を施す。
この場合の熱圧着は、絶縁基材２１を構成する第１の熱可塑性樹脂組成物のガラス転移温度（Ｔｇ）以上かつ結晶融解温度（Ｔｍ）未満で行うと効果的である。
この熱圧着の条件の一例を挙げると、温度：２２０〜３００℃、圧力：１０〜６０ｋｇ／ｃｍ２である。
【００５４】
ここで、絶縁基材２１のガラス転移温度（Ｔｇ）及び結晶融解温度（Ｔｍ）は、示差走査熱量（ＤＳＣ）を測定することで分かる。これらの温度は、例えば、加熱速度１０℃／分で昇温したときに得られるＤＳＣのプロファイルより求めることができる。
例えば、結晶融解温度（Ｔｍ）が２６０℃以上であるポリアリールケトンとポリエーテルイミドを主成分とする熱可塑性樹脂、より具体的には、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を４０重量％、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を６０重量％含む樹脂組成物（ＰＥＥＫ／ＰＥＩ）の場合、ガラス転移温度（Ｔｇ）は１８０℃、結晶融解温度（Ｔｍ）は３３５℃である。
【００５５】
図５は、絶縁基材２１及び熱可塑性フィルム４３の弾性率温度依存性を示す図であり、図中、Ａは熱可塑性フィルム４３の主成分であるポリカーボネート（ＰＣ）フィルム、Ｂは熱可塑性フィルム４３の主成分であるポリエーテルイミド（ＰＥＩ）フィルム、Ｃは絶縁基材２１の主成分であるポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を４０重量％、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を６０重量％含む非晶性の熱可塑性樹脂、Ｄは結晶性の熱可塑性樹脂であり、この熱可塑性樹脂（Ｄ）は上記の非晶性の熱可塑性樹脂（Ｃ）を２４０℃で熱融着させた後のものである。
【００５６】
上記のポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を４０重量％、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を６０重量％含む非晶性の熱可塑性樹脂は、熱圧着を施す前は非晶性であるが、熱圧着を施すことにより結晶化する。
図５によれば、ＩＣチップ搭載内層基材３６〜最上層基材２２に熱圧着を施した場合、絶縁基材２１が軟化する前に熱可塑性フィルム４３が軟化し流動化することが分かる。
【００５７】
この熱圧着の初期の過程で、軟化した熱可塑性フィルム４３は、上下方向から加わる圧力及び加熱により流動化することにより、ＩＣチップ６の側面と穴空き内層基材２５の開口１４との間に向かって流動し隙間を満たす。
熱圧着が更に進行すると、この熱可塑性フィルム４３は硬化してＩＣチップ６の上面及び側面を覆う保護層７になるとともに、ＩＣチップ搭載内層基材３６〜最上層基材２２各々の絶縁基材２１同士も熱融着により相互に融着することとなる。したがって、これらＩＣチップ搭載内層基材３６〜最上層基材２２は、熱融着により相互に接合され、一体化される。
以上により、ＩＣチップ６の上面及び側面が保護層７により覆われたＩＣチップ内蔵多層配線基板を作製することができる。
【００５８】
ここでは、積層治具４１内でＩＣチップ搭載内層基材３６の上に熱可塑性フィルム４３を重ね合わせ、その後熱圧着を施すことで一体化したが、熱可塑性フィルム４３を、予め、ＩＣチップ搭載内層基材３６のＩＣチップ６の上面に、例えば、熱可塑性フィルム４３のガラス転移温度（Ｔｇ）より高い温度で熱処理を施して仮融着させ、熱可塑性フィルム付きＩＣチップ搭載内層基材としてもよい。
【００５９】
本実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板によれば、ＩＣチップ搭載内層基材３に搭載されるＩＣチップ６の上面及び側面が第２の熱可塑性樹脂組成物からなる保護層７により覆われているので、この保護層７が応力や熱膨張率の差による熱的ストレスを吸収し、半導体チップ６や内層基材３６と半導体チップ６との間の歪みや変形を防止し、これらに起因する配線不良や寸法のずれ等の不具合を防止することができる。
【００６０】
また、ＩＣチップ６の周囲を覆うように保護層７を形成したので、ボイドの形成が無く、吸湿リフロー耐熱性を向上させることができる。
また、この保護層７の有する封止機能により、ＩＣチップ６の耐湿性等の耐環境性を向上させることができる。
したがって、高精度かつ高精細の導体配線を形成することができ、電気的特性及び信頼性に優れた半導体装置内蔵多層配線基板を提供することができる。
【００６１】
本実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法によれば、ＩＣチップ搭載内層基材３６、熱可塑性フィルム４３、穴空き内層基材２５、ＩＣチップ搭載内層基材３６、熱可塑性フィルム４３、穴空き内層基材２５、最上層基材２２をこの順に重ね、これらＩＣチップ搭載内層基材３６〜最上層基材２２に熱圧着を施し、熱融着により相互に接合し一体化するので、熱可塑性フィルム４３が熱圧着過程において生じる応力や熱膨張率の差による熱的ストレスを吸収し、配線不良や寸法のずれ等の不具合が生じるのを防止することができる。
したがって、高精度かつ高精細な導体配線を有する半導体装置内蔵型の多層配線基板を容易に作製することができ、その結果、電気的特性及び信頼性に優れた半導体装置内蔵多層配線基板を容易に得ることができる。
【００６２】
「第２の実施形態」
図６は本発明の第２の実施形態のＩＣチップ（半導体装置）内蔵多層配線基板を示す断面図である。
本実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板が上述した第１の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板と異なる点は、ＩＣチップ搭載内層基材３、５に搭載されるＩＣチップ６の上面のみに保護層５１が形成され、この保護層５１が熱可塑性接着剤５２を用いて作製された点である。
【００６３】
この保護層５１は、弾性率が絶縁基材１１より小さい第２の熱可塑性樹脂組成物からなる熱可塑性接着剤が熱圧着により融着したもので、その弾性率は、例えば、絶縁基材１１の熱融着温度において１０ＭＰａ未満である。
この熱可塑性接着剤としては、例えば、ガラス転移温度が２００℃のポリイミドシロキサン（ＰＩＳ）系接着剤の他、ガラス転移温度が４１℃のポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）系接着剤等が好適に用いられる。
【００６４】
次に、このＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法について、図７に基づき説明する。
まず、第１の実施形態の製造方法にて用いたＩＣチップ搭載内層基材３６のＩＣチップ６の上面に、上述した熱可塑性接着剤５２を塗布し、１８０℃にて３０分乾燥することで内部に含まれる、例えば、テトラヒドロフラン等のエーテル系低沸点溶媒を除去し、ＩＣチップ搭載内層基材５３とする。
【００６５】
次いで、ヒーター内蔵の積層治具４１内に、クッションフィルム４２、ＩＣチップ搭載内層基材５３、穴空き内層基材２５、ＩＣチップ搭載内層基材５３、穴空き内層基材２５、最上層基材２２、クッションフィルム４２をこの順に重ねる。
次いで、押圧治具４４を押下させかつ加熱することにより、これらＩＣチップ搭載内層基材５３〜最上層基材２２に熱圧着を施す。
この場合の熱圧着の条件は、例えば、温度：２２０〜３００℃、圧力：１０〜６０ｋｇ／ｃｍ２である。
【００６６】
この熱圧着の過程で、熱可塑性接着剤５２は、上下方向から加わる圧力及び加熱により硬化し、ＩＣチップ６の上面を覆う保護層５１になるとともに、ＩＣチップ搭載内層基材５３〜最上層基材２２各々の絶縁基材２１同士も熱融着により相互に融着することとなる。したがって、これらＩＣチップ搭載内層基材５３〜最上層基材２２は、熱融着により相互に接合され、一体化される。
以上により、ＩＣチップ６の上面が保護層５１により覆われたＩＣチップ内蔵多層配線基板を作製することができる。
【００６７】
なお、熱可塑性接着剤５２は、図８に示すように、ＩＣチップ６と対向する最上層基材２２の下面、及びＩＣチップ６と対向するＩＣチップ搭載内層基材３６の下面に塗布することとしてもよい。
この場合においても、ＩＣチップ６の上面が保護層５１により覆われたＩＣチップ内蔵多層配線基板を作製することができる。
【００６８】
本実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板においても、上述した第１の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板と全く同様の作用・効果を奏することができる。
しかも、熱可塑性接着剤５２を熱圧着により硬化させて保護層５１としたので、熱圧着工程でアウトガスが発生する虞が無く、このアウトガスに起因する膨潤等の不具合が発生する虞が無い。
【００６９】
「第３の実施形態」
図９は本発明の第３の実施形態のＩＣチップ（半導体装置）内蔵多層配線基板を示す断面図である。
本実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板が上述した第１及び第２の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板と異なる点は、上面のみに導電材１３が形成されたＩＣチップ搭載内層基材６１のＩＣチップ６の周囲に形成される保護層７１が熱可塑性絶縁ペーストを用いて作製された点である。
【００７０】
この保護層７１は、弾性率が絶縁基材１１より小さい第２の熱可塑性樹脂組成物からなる熱可塑性絶縁ペーストが熱圧着により融着したもので、その弾性率は、例えば、絶縁基材１１の熱融着温度において１０ＭＰａ未満である。
この熱可塑性絶縁ペーストとしては、例えば、ガラス転移温度が２００℃のポリイミドシロキサン（ＰＩＳ）系熱可塑性樹脂を主成分とする絶縁ペーストの他、ガラス転移温度が４１℃のポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）系熱可塑性樹脂を主成分とする絶縁ペースト等が好適に用いられる。
【００７１】
次に、このＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法について、図１０に基づき説明する。
まず、上面のみに導電材１３が形成されたＩＣチップ搭載内層基材６３のＩＣチップ６の上面に、上述した熱可塑性絶縁ペースト７２を塗布し、１４０〜１６０℃にて乾燥することで熱可塑性絶縁ペースト７２中に含まれるアジピン酸ジメチルエステル等の溶媒及び水分を除去し、ＩＣチップ搭載内層基材７３とする。
【００７２】
次いで、ＩＣチップ搭載内層基材７３、穴空き内層基材２５、ＩＣチップ搭載内層基材３６をこの順に重ね合わせ、これらＩＣチップ搭載内層基材７３〜ＩＣチップ搭載内層基材３６に熱圧着を施す。
この場合の熱圧着の条件は、例えば、温度：２２０〜３００℃、圧力：１０〜６０ｋｇ／ｃｍ２である。
【００７３】
この熱圧着の過程で、熱可塑性絶縁ペースト７２は、上下方向から加わる圧力及び加熱により流動しＩＣチップ６の周囲を覆う。更に熱圧着が進行すると、この流動化した熱可塑性絶縁ペースト７２が熱融着し保護層７１になるとともに、ＩＣチップ搭載内層基材７３〜ＩＣチップ搭載内層基材３６各々の絶縁基材２１同士も熱融着により相互に融着することとなる。したがって、これらＩＣチップ搭載内層基材７３〜ＩＣチップ搭載内層基材３６は、熱融着により相互に接合され、一体化される。
以上により、ＩＣチップ６の上面が保護層７１により覆われたＩＣチップ内蔵多層配線基板を作製することができる。
【００７４】
なお、熱可塑性絶縁ペースト７２は、図１１に示すように、ＩＣチップ６と対向するＩＣチップ搭載内層基材３６の下面に塗布することとしてもよい。
この場合においても、ＩＣチップ６の上面が保護層７１により覆われたＩＣチップ内蔵多層配線基板を作製することができる。
【００７５】
本実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板においても、上述した第１及び第２の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板と全く同様の作用・効果を奏することができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置内蔵多層配線基板によれば、半導体装置と、この半導体装置に隣接して配置される配線基材との間に、第２の熱可塑性樹脂組成物からなる保護層を形成したので、この保護層が応力や熱膨張率の差による熱的ストレスを吸収し、半導体チップや配線基材と半導体チップとの間の歪みや変形を防止することができ、配線不良や寸法のずれ等の不具合を防止することができる。
また、半導体装置と配線基材との間に樹脂が充分に回り込むので、ボイドが生じる虞がなく、吸湿リフロー耐熱性を向上させることができる。
以上により、高精度かつ高精細な導体配線を形成することができ、電気的特性及び信頼性に優れた半導体装置内蔵多層配線基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板を示す断面図である。
【図２】 本発明の第１の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法を示す過程図である。
【図３】 本発明の第１の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法を示す過程図である。
【図４】 本発明の第１の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法を示す過程図である。
【図５】 絶縁基材及び熱可塑性フィルムの弾性率温度依存性を示す図である。
【図６】 本発明の第２の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板を示す断面図である。
【図７】 本発明の第２の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法を示す過程図である。
【図８】 本発明の第２の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法の他の例を示す過程図である。
【図９】 本発明の第３の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板を示す断面図である。
【図１０】 本発明の第３の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法を示す過程図である。
【図１１】 本発明の第３の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法の他の例を示す過程図である。
【符号の説明】
１ 最上層基材（最上層の配線基材）
２ 穴空き内層基材（配線基材）
３ ＩＣチップ（半導体装置）搭載内層基材（配線基材）
４ 穴空き内層基材（配線基材）
５ ＩＣチップ（半導体装置）搭載内層基材（配線基材）
６ ＩＣチップ（半導体装置）
７ 保護層
１１ 絶縁基材
１２ バイアホール
１３ 導電材
１４ 開口
１７ 配線回路形成用の溝部
２１ 絶縁基材
２２ 最上層基材
２３ 貫通孔
２４ 導電性ペースト
２５ 穴空き内層基材
３３ 貫通孔
３４ 導電性ペースト
３５ 熱圧着治具
３６ ＩＣチップ搭載内層基材
４３ 熱可塑性フィルム
５１ 保護層
５２ 熱可塑性接着剤
５３ ＩＣチップ搭載内層基材
６１ ＩＣチップ搭載内層基材
７１ 保護層
７２ 熱可塑性絶縁ペースト
７３ ＩＣチップ搭載内層基材
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置内蔵多層配線基板に関し、特に、半導体装置を搭載した配線基材を含む複数の配線基材を積層してなる高密度かつ超小型の３次元実装モジュールに用いて好適な半導体装置内蔵多層配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プリント積層板やセラミック積層板等の基板上に、抵抗、キャパシタなどの受動部品の他に、小型半導体パッケージ、半導体ベアチップ、ＦＢＧＡ（fine pitch ball grid array）等の小型能動部品を実装することにより、基板における部品の実装密度を向上させ、電子装置の小型化、軽量化、薄型化を図った表面実装法が実用化されている。この表面実装法は、各部品の大きさを小型化しようとするものである。
また、部品の実装密度をさらに向上させるために、半導体装置を３次元的に積み上げる３次元実装技術を用いた３次元実装モジュールも開発されている。この３次元実装モジュールは、上述した表面実装法によっても配置しきれない部品、とりわけ、部品サイズの大きい半導体装置を立体的に配置し、あるいは、基板内部に入れ込んで、実装密度を高めようとするものである。
【０００３】
上記の３次元実装技術は、機器の小型化だけではなく、コンピュータや通信機器などの高速化にも寄与する技術として、最近特に注目されている技術である。
例えば、通信機器においては、今後、撮像素子を用いた動画通信機能、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈのインターフェース機能、ＧＰＳ機能等が搭載されることが見込まれており、部品点数の増加をともなう多機能化が積極的に押し進められ、実装技術の高密度化を牽引していくものである。特に、小型半導体装置である半導体チップを３次元的に積層して配線すれば、配線長を短くすることができ、高速信号を伝送することができるようにもなるために、３次元実装技術の採用は不可欠である。
【０００４】
３次元実装技術には、大きく分けて２種類の技術がある。
一つはプリント配線基板上や内部に部品を積層する３次元実装モジュール等についての技術であるが、３次元実装モジュール等を採用する機器メーカが専用実装機の研究開発を進める必要があることから、殆ど普及していない。
もう一つはパッケージ内で半導体チップを積層する３次元実装パッケージについての技術であり、３次元実装パッケージ等を製造する電気メーカーにとっては、半導体チップの種類や個数、積層する配線基板の枚数が他社との差別化要因になることと、同一の形状であっても、多種多様の機能を発揮することができることのために、ＬＳＩメーカーが開発に本腰を入れ始めている。
【０００５】
この３次元実装パッケージは、耐熱性樹脂からなる絶縁基板に導体配線を形成することにより複数種の配線基板を作製し、これらの配線基板のうち１つ以上に半導体チップを搭載して半導体チップ搭載配線基板とし、これらの配線基板を積層し、熱圧着により融着一体化することで作製される。
積層及び融着一体化は、ヒータ内蔵の積層治具を用いて行われ、融着の温度は、耐熱性樹脂のガラス転移温度以上とされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の３次元実装パッケージは、半導体チップを搭載した基板を含む複数の配線基板を積層し、熱圧着により融着一体化したものであるから、この熱融着過程において半導体チップに直接加わる応力や、半導体チップと配線基板との熱膨張率の差に起因する熱的ストレスにより、半導体チップや配線基板と半導体チップとの間に変形や配線歪が生じ、配線不良や寸法のずれ等の不具合が生じる虞があるという問題点があった。
【０００７】
この変形や配線歪は、高密度かつ超小型の３次元実装モジュールにおいて必須とされる配線ピッチのファイン化にとって無視できない大きな問題となる。
さらに、この歪みや変形により、半導体チップや配線基板の初期特性が不安定になったり、特性の経時変化が大きくなり信頼性が低下する等の不具合が生じる虞があった。
また、熱圧着により融着一体化した後に、融着条件（温度、圧力）によっては、半導体チップと配線基板との間への樹脂の回り込みが不十分なためにボイドが形成され、このボイドに吸湿により水が溜まり、後のリフロー工程で膨れが生じ、吸湿リフロー耐熱性が低下するという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、半導体チップを搭載した基板を含む複数の配線基板を積層し融着一体化する際に、半導体チップや配線基板と半導体チップとの間に歪みや変形が生じる虞がなく、したがって、配線不良や寸法のずれ等の不具合が生じる虞がなく、また、ボイドの形成が無く、吸湿リフロー耐熱性が向上し、したがって、高密度かつ超小型の３次元実装モジュールにおける配線ピッチのファイン化が実現可能となり、その結果、半導体チップや配線基板の初期特性及び動作特性の安定性及び信頼性の向上が可能な半導体装置内蔵多層配線基板を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、半導体チップを搭載した基板を含む複数の配線基板を積層し、融着一体化する際に、半導体チップと隣接する配線基板との間に保護層を設ければ、この保護層が応力や熱膨張率の差による熱的ストレスを吸収し、半導体チップや配線基板と半導体チップとの間に歪みや変形が生じる虞がなくなり、配線不良や寸法のずれ等の不具合が生じる虞がなくなり、また、ボイドが発生する虞がなく、吸湿リフロー耐熱性の向上に繋がると考え、本発明に至った。
【００１０】
すなわち、本発明の半導体装置内蔵多層配線基板は、第１の熱可塑性樹脂組成物からなる絶縁基材に導体配線が形成された配線基材が複数、積層され、これら複数の配線基材のうち、１つまたは２つ以上の配線基材に半導体装置が搭載され、これらの配線基材同士が熱融着により一体化されてなる半導体装置内蔵多層配線基板において、前記半導体装置と、該半導体装置に隣接して配置される配線基材との間には、第２の熱可塑性樹脂組成物からなる保護層が形成され、前記保護層の熱融着温度における弾性率は、前記絶縁基材の熱融着温度における弾性率より小さいことを特徴とする。
【００１１】
この半導体装置内蔵多層配線基板では、半導体装置と、この半導体装置に隣接して配置される配線基材との間に、第２の熱可塑性樹脂組成物からなる保護層を形成したことにより、この保護層が応力や熱膨張率の差による熱的ストレスを吸収し、半導体チップや配線基材と半導体チップとの間の歪みや変形を防止する。これにより、この歪みや変形に起因する配線不良や寸法のずれ等の不具合を防止することが可能になり、高精度かつ高精細な導体配線が可能になる。
また、前記保護層を形成したことにより、ボイドの形成が無く、吸湿リフロー耐熱性が向上する。
これにより、電気的特性及び信頼性に優れた半導体装置内蔵多層配線基板を提供することが可能になる。
【００１２】
また、第２の熱可塑性樹脂組成物の種類を適宜選択することで保護層の多様化が可能になるので、耐湿性等、要求される様々な仕様に対しても対応が可能になる。
また、様々な仕様の第１及び第２の熱可塑性樹脂組成物を選択使用することで、様々な配線基材、様々な導体配線への対応が可能になり、少量多品種の製造形態に容易に適用可能である。
【００１３】
前記半導体装置が搭載された配線基材に隣接して配置される配線基材には、前記半導体装置を収納する開口が形成されていることが望ましい。
また、前記半導体装置と前記開口との間には、前記第２の熱可塑性樹脂組成物からなる保護層が形成されていることが望ましい。
【００１４】
また、前記第２の熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性フィルム、熱可塑性シート、熱可塑性接着剤、熱可塑性ペーストのいずれか１種であることが望ましい。
また、前記第１の熱可塑性樹脂組成物は、結晶融解温度が２６０℃以上である結晶性熱可塑性樹脂、ガラス転移温度が２６０℃以上である非晶性熱可塑性樹脂、液晶転移温度が２６０℃以上である液晶ポリマーから選択された１種を含有し、前記第２の熱可塑性樹脂組成物は、非晶性熱可塑性樹脂を含有してなることが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置内蔵多層配線基板の各実施の形態について説明する。
【００２０】
「第１の実施形態」
図１は本発明の第１の実施形態のＩＣチップ（半導体装置）内蔵多層配線基板を示す断面図であり、図において、符号１は最上層基材（最上層の配線基材）、２は穴空き（開口）内層基材（配線基材）、３はＩＣチップ（半導体装置）搭載内層基材（配線基材）、４は穴空き（開口）内層基材（配線基材）、５はＩＣチップ（半導体装置）搭載内層基材（配線基材）、６は例えばベアチップタイプのＩＣチップ（半導体装置）、７はＩＣチップ６の上面及び側面を覆うように形成された保護層である。
【００２１】
最上層基材１は、通常１００μｍ以下の厚みのフィルム、薄板状またはシート状のもので、第１の熱可塑性樹脂組成物からなる薄板状、フィルム状あるいはシート状の絶縁基材１１であり、この絶縁基材１１の表面及び裏面は平坦化されている。
この絶縁基材１１は、熱融着温度における弾性率が１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの第１の熱可塑性樹脂組成物により構成されている。
【００２２】
この第１の熱可塑性樹脂組成物は、結晶融解温度（Ｔｍ）が２６０℃以上である結晶性熱可塑性樹脂、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２６０℃以上である非晶性熱可塑性樹脂、液晶転移温度（Ｔｌ）が２６０℃以上である液晶ポリマーから選択された１種を含有している。
【００２３】
例えば、結晶融解温度が２６０℃以上である結晶性熱可塑性樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：Ｔｇ＝１４５℃、Ｔｍ＝３３５℃）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ：Ｔｇ＝１６５℃、Ｔｍ＝３５５℃）等のポリアリールケトン（ＰＡｒ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ：Ｔｇ＝１００℃、Ｔｍ＝２８０℃）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ：Ｔｇ＝１００℃、Ｔｍ＝２６５℃）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：Ｔｇ＝８０℃、Ｔｍ＝２６５℃）等が好適に用いられる。
【００２４】
この結晶性熱可塑性樹脂は単一で用いてもよく、複数の結晶性熱可塑性樹脂を混合した混合樹脂組成物を用いてもよい。また、この結晶性熱可塑性樹脂にポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等の非晶性熱可塑性樹脂を混合した混合樹脂組成物を用いてもよい。
この混合樹脂組成物としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を４０重量％、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を６０重量％含む樹脂組成物（ＰＥＥＫ／ＰＥＩ：Ｔｇ＝１８０℃、Ｔｍ＝３３５℃）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を４０重量％、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を６０重量％含む樹脂組成物（ＰＰＳ／ＰＥＩ：Ｔｇ＝１５０℃、Ｔｍ＝２８０℃）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）を４０重量％、変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ）を６０重量％含む樹脂組成物（ＳＰＳ／変性ＰＰＥ：Ｔｇ＝１２０℃、Ｔｍ＝２６５℃）等が好適に用いられる。
【００２５】
また、ガラス転移温度が２６０℃以上である非晶性熱可塑性樹脂としては、ポリアミドイミド（ＰＡＩ：Ｔｇ＝２８０℃）等が好適に用いられる。
また、液晶転移温度が２６０℃以上である液晶ポリマーとしては、全芳香族ポリエステル（ＰＥ：Ｔｌ＝３３０℃）等が好適に用いられる。
【００２６】
穴空き内層基材２は、上述した最上層基材１と全く同様の形状の第１の熱可塑性樹脂組成物からなる薄板状、フィルム状あるいはシート状の絶縁基材１１に、この絶縁基材１１を貫通するバイアホール１２が形成され、このバイアホール１２に導電性ペーストを硬化してなる導電材１３が充填され、さらに、この絶縁基材１１の所定位置にはＩＣチップ６を収納するために、このＩＣチップ６より広い面積の開口１４が形成されている。この開口１４の大きさは、収納されるＩＣチップ６の大きさに対して最適な大きさに設定される。
【００２７】
ＩＣチップ搭載内層基材３は、上述した最上層基材１と全く同様の形状の第１の熱可塑性樹脂組成物からなる薄板状、フィルム状あるいはシート状の絶縁基材１１の一方の面（この図では上側）に、配線回路形成用の溝部１７が形成されるとともに、絶縁基材１１を貫通するバイアホール１２が形成され、この溝部１７及びバイアホール１２には導電性ペーストを硬化してなる導電材１３が充填され、さらに、この絶縁基材１１上にＩＣチップ６が搭載され、このＩＣチップ６の端子１８は導電材１３により構成される配線回路に電気的に接続されている。
【００２８】
そして、ＩＣチップ搭載内層基材３に搭載されるＩＣチップ６の周囲、すなわちその上面と、このＩＣチップ６に対向配置された最上層基材１との間、及びこのＩＣチップ６の側面と穴空き内層基材２の開口１４との間には、第２の熱可塑性樹脂組成物からなる保護層７が形成されている。
この保護層７は、弾性率が絶縁基材１１より小さい第２の熱可塑性樹脂組成物により構成され、その弾性率は、例えば、絶縁基材１１の熱融着温度において１０ＭＰａ未満である。
【００２９】
この第２の熱可塑性樹脂組成物は、非晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂であり、例えば、ポリスルホン（ＰＳＦ：Ｔｇ＝１９０℃）、ポリアリレート（ＰＡｒ：Ｔｇ＝１７５℃）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ：Ｔｇ＝２３０℃）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ：Ｔｇ＝２１６℃）、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｔｇ＝１５０℃）、変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ：Ｔｇ＝１４５℃）等が好適に用いられる。
【００３０】
この第２の熱可塑性樹脂組成物は、ＩＣチップ６の絶縁性を確保するためにも絶縁性を有するものが好ましいが、例えば、ＩＣチップ６の絶縁性が充分確保されており、熱圧着する際の応力や熱膨張率の差に起因する熱的ストレスを吸収するのが主たる目的である場合には、特に絶縁性樹脂に限定する必要はない。
この第２の熱可塑性樹脂組成物の形状は、フィルム状、シート状、あるいは薄板状等、用途や要求される仕様等により、最適な形状のものが適宜選択され、使用される。
【００３１】
穴空き内層基材４は、上述した穴空き内層基材２と全く同様の構成であり、開口１４の大きさ及び形状は、収納されるＩＣチップ６の大きさ及び形状により適宜変更可能である。
ＩＣチップ搭載内層基材５は、上述したＩＣチップ搭載内層基材３と全く同様の構成であり、搭載されるＩＣチップ６は、要求される仕様等により、その特性等が適宜変更可能である。
【００３２】
そして、このＩＣチップ搭載内層基材５においても、ＩＣチップ搭載内層基材３と全く同様に、ＩＣチップ搭載内層基材５に搭載されるＩＣチップ６の上面と、このＩＣチップ６に対向配置されたＩＣチップ搭載内層基材３との間、及びこのＩＣチップ６の側面と穴空き内層基材４の開口１４との間には、第２の熱可塑性樹脂組成物からなる保護層７が形成されている。
【００３３】
これら最上層基材１〜ＩＣチップ搭載内層基材５は、この順に積層されて熱圧着により接着一体化され、これら基材１〜５各々の配線回路及び各基材１〜５間を電気的に接続する配線は、導電性ペーストを硬化してなる導電材１３により構成されている。
【００３４】
ここで、上記の第１の熱可塑性樹脂組成物は、この第１の熱可塑性樹脂組成物１００重量部に対して、無機充填材を２０重量部以上かつ５０重量部以下混合してもよい。
無機充填材としては、特に制限はなく、公知のいかなるものも使用できる。例えば、シリカ、タルク、マイカ、雲母、ガラスフレーク、窒化ホウ素（ＢＮ）、板状炭カル、板状水酸化アルミニウム、板状シリカ、板状チタン酸カリウム等が挙げられる。これらは１種類を単独で添加してもよく、２種類以上を組合せて添加してもよい。特に、平均粒径が１５μｍ以下、アスペクト比（粒径／厚み）が３０以上の鱗片状の無機充填材が、平面方向と厚み方向の線膨張係数比を低く抑えることができ、熱衝撃サイクル試験時の基板内のクラック発生を抑制することができるので、好ましい。
【００３５】
この無機充填材の添加量は、熱可塑性樹脂組成物１００重量部に対して２０重量部以上かつ５０重量部以下が好ましい。５０重量部を超えると、無機充填材の分散不良の問題が発生し、線膨張係数がばらつき易くなるからであり、また、２０重量部未満では、熱成形に用いるガラススタンパーと絶縁基材１１の線膨張係数の差により、絶縁基材１１に寸法収縮が発生するからであり、さらに、線膨張係数を低下させて寸法安定性を向上させる効果が小さく、リフロー工程において線膨張係数差に起因する内部応力が発生し、基板にそりやねじれが発生するからである。
【００３６】
上記の第１の熱可塑性樹脂組成物に対しては、その性質を損なわない程度に、他の樹脂や無機充填材以外の各種添加剤、例えば、安定剤、紫外線吸収剤、光安定剤、核剤、着色剤、滑剤、難燃剤等を適宜添加してもよい。
また、第２の熱可塑性樹脂組成物に対しても、基本条件を満足すれば無機充填材等を適宜添加してもよい。
上記の導電材１３は、導電性ペーストを加熱し硬化させたもので、導電性ペーストとしては、樹脂系低温焼成タイプの銀（Ａｇ）ペースト、銀（Ａｇ）−パラジウム（Ｐｄ）ペースト、銅（Ｃｕ）ペースト、金属系低温焼成タイプの銀（Ａｇ）−スズ（Ｓｎ）ペースト等が好適に用いられる。
【００３７】
次に、本実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法について図２〜図５に基づき説明する。
ここでは、まず、個々の配線基材の製造方法について説明し、次いで、これらの配線基材を用いたＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法について説明する。
【００３８】
（１）最上層基材及び穴空き内層基材の製造方法
まず、図２（ａ）に示すように、第１の熱可塑性樹脂組成物からなる絶縁基材２１を用意する。この第１の熱可塑性樹脂組成物としては、結晶融解温度（Ｔｍ）が２６０℃以上である結晶性熱可塑性樹脂、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２６０℃以上である非晶性熱可塑性樹脂、液晶転移温度（Ｔｌ）が２６０℃以上である液晶ポリマー等が好適に用いられる。
【００３９】
上記の結晶性熱可塑性樹脂としては、例えば、結晶融解温度（Ｔｍ）が２６０℃以上であるポリアリールケトン（ＰＡｒ）とポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を主成分とする熱可塑性樹脂が好ましく、特に、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を４０重量％、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を６０重量％含む樹脂組成物（ＰＥＥＫ／ＰＥＩ）が好ましい。
【００４０】
この絶縁基材２１は、フィルム状、薄板状またはシート状で提供される。成形方法としては、公知の方法、例えばＴダイを用いる押出キャスト法、あるいはカレンダー法等を採用することができ、特に限定されるものではないが、シートの製膜性や安定生産性等の面から、Ｔダイを用いる押出キャスト法が好ましい。Ｔダイを用いる押出キャスト法での成形温度は、組成物の流動特性や製膜性等によって適宜調整されるが、例えば、結晶融解ピーク温度が２６０℃以上であるポリアリールケトン樹脂とポリエーテルイミド樹脂を主成分とする熱可塑性樹脂の場合、概ね結晶融解ピーク温度が４３０℃以下である。
この絶縁基材２１は、そのままの形態で最上層基材２２として用いることができる。
【００４１】
次いで、図２（ｂ）に示すように、絶縁基材２１の所定位置に、レーザもしくは機械ドリル等を用いて絶縁基材２１を貫通する貫通孔２３を形成し、バイアホール１２とする。
次いで、図２（ｃ）に示すように、スキージ印刷等によりバイアホール１２内に導電性ペースト２４を充填し、その後、この導電性ペースト２４を１２０℃〜１６０℃で、３０分〜６０分加熱して硬化させ、導電材１３とする。
【００４２】
次いで、図２（ｄ）に示すように、図示しない研磨機を用いて絶縁基材２１上に残っている導電材１３を研削して除去するとともに、絶縁基材２１の表面を平坦化する。
次いで、図２（ｅ）に示すように、図示しない打ち抜き用の成型機を用いて、この絶縁基材２１の所定箇所にＩＣチップ収納用の開口１４を打ち抜き、穴空き内層基材２５を得る。
【００４３】
（２）ＩＣチップ搭載内層基材の製造方法
まず、図３（ａ）に示すように、上述した最外層基材２２及び穴空き内層基材２５と同様に、第１の熱可塑性樹脂組成物からなる絶縁基材２１を用意し、この絶縁基材２１の表面（一方の面）に、スタンパ３１の凸部３２を熱転写する。この熱転写の条件は、例えば、温度：１７５〜２０５℃、圧力：２０〜６０ｋｇ／ｃｍ２である。
この熱転写により、図３（ｂ）に示すように、絶縁基材２１の表面に配線回路形成用溝部１７が形成される。
【００４４】
スタンパ３１は、絶縁基材２１に対して離型性の良好な材質、例えば、ガラス、セラミックス等により構成されたもので、特に、３〜５ｍｍの厚みの耐熱ガラスが好適に用いられる。このスタンパ３１は、耐熱ガラス板上にフォトリソグラフ法を用いてレジストマスクを形成し、その後、このレジストマスクを用いてサンドブラスト法により配線回路パターンに対応する凸部３２を形成することにより作製される。
【００４５】
次いで、絶縁基材２１の所定位置に、レーザもしくは機械ドリル等を用いて絶縁基材２１を貫通する貫通孔３３を形成し、バイアホール１２とする。このバイアホール１２は、スタンパにより配線回路形成用溝部１７と同時に成形しても構わない。
【００４６】
次いで、図３（ｃ）に示すように、スキージ印刷等により配線回路形成用溝部１７及びバイアホール１２内に導電性ペースト３４を充填し、その後、この導電性ペースト３４を１２０℃〜１６０℃で、３０分〜６０分加熱して硬化させ、導電材１３とする。
次いで、図３（ｄ）に示すように、図示しない研磨機を用いて絶縁基材２１上に残っている導電材１３を研削して除去するとともに、絶縁基材２１の表面を平坦化する。
【００４７】
次いで、図３（ｅ）に示すように、絶縁基材２１上の所定位置にＩＣチップ６を配置し、このＩＣチップ６上にヒーター内蔵の熱圧着治具３５を載置し、この熱圧着治具３５を押下させることにより、ＩＣチップ６を絶縁基材２１に熱圧着する。熱圧着は、例えば、温度：１８０〜２００℃、圧力：１０〜１００ｋｇ／ｃｍ２の条件で行う。
【００４８】
この熱圧着により、図３（ｆ）に示すように、ＩＣチップ６の端子１８が絶縁基材２１の導電材１３、すなわち導電回路に電気的に接続されるとともに、ＩＣチップ６と絶縁基材２１とが一体化されたＩＣチップ搭載内層基材３６を得ることができる。また、導電材１３のパターン、すなわち導電回路のパターンが異なる絶縁基材２１を用いれば、上記と配線回路の異なるＩＣチップ搭載内層基材を得ることができる。
【００４９】
（３）ＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法
まず、図４に示すように、ヒーター内蔵の積層治具４１内に、弾性及び離型性を有するクッションフィルム４２、ＩＣチップ搭載内層基材３６、非晶性の第２の熱可塑性樹脂組成物からなる熱可塑性フィルム４３、穴空き内層基材２５、ＩＣチップ搭載内層基材３６、非晶性の第２の熱可塑性樹脂組成物からなる熱可塑性フィルム４３、穴空き内層基材２５、最上層基材２２、弾性及び離型性を有するクッションフィルム４２をこの順に重ねる。
【００５０】
ここでは、熱可塑性フィルム４３は、絶縁性を有するもので、ＩＣチップ搭載内層基材３６に搭載されるＩＣチップ６の上面全体の面積より広く、かつ、熱融着された際においては、ＩＣチップ６の上面と、このＩＣチップ６に対向配置されたＩＣチップ搭載内層基材３６との間、及びこのＩＣチップ６の側面と穴空き内層基材２５の開口１４との間を充分に充填できるように、その面積及び厚み、すなわち重量が決定される。
【００５１】
この熱可塑性フィルム４３は、ＩＣチップ６及び絶縁基材２１と融着し易く、絶縁基材２１のガラス転移温度（Ｔｇ）以下で絶縁基材２１より弾性率が低く、かつ熱圧着温度において絶縁基材２１より弾性率が低く十分に流動化してＩＣチップ６の周囲を覆うものが好ましい。
この熱可塑性フィルム４３は、絶縁性を有するものが好ましいが、ＩＣチップ６の絶縁性が充分確保されている場合には、特に絶縁性フィルムに限定する必要はない。
【００５２】
この熱可塑性フィルム４３として、特に好ましいものは、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ：Ｔｇ＝２１６℃）、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｔｇ＝１５０℃）等である。これらの樹脂組成物は、絶縁基材２１にポリアリールケトン（ＰＡｒ）とポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を主成分とする熱可塑性樹脂を用いた場合、より具体的には、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を４０重量％、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を６０重量％含む樹脂組成物（ＰＥＥＫ／ＰＥＩ：Ｔｇ＝１８０℃、Ｔｍ＝３３５℃）を用いた場合において好適である。
【００５３】
次いで、押圧治具４４を押下させかつ加熱することにより、これらＩＣチップ搭載内層基材３６〜最上層基材２２に熱圧着を施す。
この場合の熱圧着は、絶縁基材２１を構成する第１の熱可塑性樹脂組成物のガラス転移温度（Ｔｇ）以上かつ結晶融解温度（Ｔｍ）未満で行うと効果的である。
この熱圧着の条件の一例を挙げると、温度：２２０〜３００℃、圧力：１０〜６０ｋｇ／ｃｍ２である。
【００５４】
ここで、絶縁基材２１のガラス転移温度（Ｔｇ）及び結晶融解温度（Ｔｍ）は、示差走査熱量（ＤＳＣ）を測定することで分かる。これらの温度は、例えば、加熱速度１０℃／分で昇温したときに得られるＤＳＣのプロファイルより求めることができる。
例えば、結晶融解温度（Ｔｍ）が２６０℃以上であるポリアリールケトンとポリエーテルイミドを主成分とする熱可塑性樹脂、より具体的には、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を４０重量％、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を６０重量％含む樹脂組成物（ＰＥＥＫ／ＰＥＩ）の場合、ガラス転移温度（Ｔｇ）は１８０℃、結晶融解温度（Ｔｍ）は３３５℃である。
【００５５】
図５は、絶縁基材２１及び熱可塑性フィルム４３の弾性率温度依存性を示す図であり、図中、Ａは熱可塑性フィルム４３の主成分であるポリカーボネート（ＰＣ）フィルム、Ｂは熱可塑性フィルム４３の主成分であるポリエーテルイミド（ＰＥＩ）フィルム、Ｃは絶縁基材２１の主成分であるポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を４０重量％、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を６０重量％含む非晶性の熱可塑性樹脂、Ｄは結晶性の熱可塑性樹脂であり、この熱可塑性樹脂（Ｄ）は上記の非晶性の熱可塑性樹脂（Ｃ）を２４０℃で熱融着させた後のものである。
【００５６】
上記のポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を４０重量％、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を６０重量％含む非晶性の熱可塑性樹脂は、熱圧着を施す前は非晶性であるが、熱圧着を施すことにより結晶化する。
図５によれば、ＩＣチップ搭載内層基材３６〜最上層基材２２に熱圧着を施した場合、絶縁基材２１が軟化する前に熱可塑性フィルム４３が軟化し流動化することが分かる。
【００５７】
この熱圧着の初期の過程で、軟化した熱可塑性フィルム４３は、上下方向から加わる圧力及び加熱により流動化することにより、ＩＣチップ６の側面と穴空き内層基材２５の開口１４との間に向かって流動し隙間を満たす。
熱圧着が更に進行すると、この熱可塑性フィルム４３は硬化してＩＣチップ６の上面及び側面を覆う保護層７になるとともに、ＩＣチップ搭載内層基材３６〜最上層基材２２各々の絶縁基材２１同士も熱融着により相互に融着することとなる。したがって、これらＩＣチップ搭載内層基材３６〜最上層基材２２は、熱融着により相互に接合され、一体化される。
以上により、ＩＣチップ６の上面及び側面が保護層７により覆われたＩＣチップ内蔵多層配線基板を作製することができる。
【００５８】
ここでは、積層治具４１内でＩＣチップ搭載内層基材３６の上に熱可塑性フィルム４３を重ね合わせ、その後熱圧着を施すことで一体化したが、熱可塑性フィルム４３を、予め、ＩＣチップ搭載内層基材３６のＩＣチップ６の上面に、例えば、熱可塑性フィルム４３のガラス転移温度（Ｔｇ）より高い温度で熱処理を施して仮融着させ、熱可塑性フィルム付きＩＣチップ搭載内層基材としてもよい。
【００５９】
本実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板によれば、ＩＣチップ搭載内層基材３に搭載されるＩＣチップ６の上面及び側面が第２の熱可塑性樹脂組成物からなる保護層７により覆われているので、この保護層７が応力や熱膨張率の差による熱的ストレスを吸収し、半導体チップ６や内層基材３６と半導体チップ６との間の歪みや変形を防止し、これらに起因する配線不良や寸法のずれ等の不具合を防止することができる。
【００６０】
また、ＩＣチップ６の周囲を覆うように保護層７を形成したので、ボイドの形成が無く、吸湿リフロー耐熱性を向上させることができる。
また、この保護層７の有する封止機能により、ＩＣチップ６の耐湿性等の耐環境性を向上させることができる。
したがって、高精度かつ高精細の導体配線を形成することができ、電気的特性及び信頼性に優れた半導体装置内蔵多層配線基板を提供することができる。
【００６１】
本実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法によれば、ＩＣチップ搭載内層基材３６、熱可塑性フィルム４３、穴空き内層基材２５、ＩＣチップ搭載内層基材３６、熱可塑性フィルム４３、穴空き内層基材２５、最上層基材２２をこの順に重ね、これらＩＣチップ搭載内層基材３６〜最上層基材２２に熱圧着を施し、熱融着により相互に接合し一体化するので、熱可塑性フィルム４３が熱圧着過程において生じる応力や熱膨張率の差による熱的ストレスを吸収し、配線不良や寸法のずれ等の不具合が生じるのを防止することができる。
したがって、高精度かつ高精細な導体配線を有する半導体装置内蔵型の多層配線基板を容易に作製することができ、その結果、電気的特性及び信頼性に優れた半導体装置内蔵多層配線基板を容易に得ることができる。
【００６２】
「第２の実施形態」
図６は本発明の第２の実施形態のＩＣチップ（半導体装置）内蔵多層配線基板を示す断面図である。
本実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板が上述した第１の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板と異なる点は、ＩＣチップ搭載内層基材３、５に搭載されるＩＣチップ６の上面のみに保護層５１が形成され、この保護層５１が熱可塑性接着剤５２を用いて作製された点である。
【００６３】
この保護層５１は、弾性率が絶縁基材１１より小さい第２の熱可塑性樹脂組成物からなる熱可塑性接着剤が熱圧着により融着したもので、その弾性率は、例えば、絶縁基材１１の熱融着温度において１０ＭＰａ未満である。
この熱可塑性接着剤としては、例えば、ガラス転移温度が２００℃のポリイミドシロキサン（ＰＩＳ）系接着剤の他、ガラス転移温度が４１℃のポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）系接着剤等が好適に用いられる。
【００６４】
次に、このＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法について、図７に基づき説明する。
まず、第１の実施形態の製造方法にて用いたＩＣチップ搭載内層基材３６のＩＣチップ６の上面に、上述した熱可塑性接着剤５２を塗布し、１８０℃にて３０分乾燥することで内部に含まれる、例えば、テトラヒドロフラン等のエーテル系低沸点溶媒を除去し、ＩＣチップ搭載内層基材５３とする。
【００６５】
次いで、ヒーター内蔵の積層治具４１内に、クッションフィルム４２、ＩＣチップ搭載内層基材５３、穴空き内層基材２５、ＩＣチップ搭載内層基材５３、穴空き内層基材２５、最上層基材２２、クッションフィルム４２をこの順に重ねる。
次いで、押圧治具４４を押下させかつ加熱することにより、これらＩＣチップ搭載内層基材５３〜最上層基材２２に熱圧着を施す。
この場合の熱圧着の条件は、例えば、温度：２２０〜３００℃、圧力：１０〜６０ｋｇ／ｃｍ２である。
【００６６】
この熱圧着の過程で、熱可塑性接着剤５２は、上下方向から加わる圧力及び加熱により硬化し、ＩＣチップ６の上面を覆う保護層５１になるとともに、ＩＣチップ搭載内層基材５３〜最上層基材２２各々の絶縁基材２１同士も熱融着により相互に融着することとなる。したがって、これらＩＣチップ搭載内層基材５３〜最上層基材２２は、熱融着により相互に接合され、一体化される。
以上により、ＩＣチップ６の上面が保護層５１により覆われたＩＣチップ内蔵多層配線基板を作製することができる。
【００６７】
なお、熱可塑性接着剤５２は、図８に示すように、ＩＣチップ６と対向する最上層基材２２の下面、及びＩＣチップ６と対向するＩＣチップ搭載内層基材３６の下面に塗布することとしてもよい。
この場合においても、ＩＣチップ６の上面が保護層５１により覆われたＩＣチップ内蔵多層配線基板を作製することができる。
【００６８】
本実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板においても、上述した第１の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板と全く同様の作用・効果を奏することができる。
しかも、熱可塑性接着剤５２を熱圧着により硬化させて保護層５１としたので、熱圧着工程でアウトガスが発生する虞が無く、このアウトガスに起因する膨潤等の不具合が発生する虞が無い。
【００６９】
「第３の実施形態」
図９は本発明の第３の実施形態のＩＣチップ（半導体装置）内蔵多層配線基板を示す断面図である。
本実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板が上述した第１及び第２の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板と異なる点は、上面のみに導電材１３が形成されたＩＣチップ搭載内層基材６１のＩＣチップ６の周囲に形成される保護層７１が熱可塑性絶縁ペーストを用いて作製された点である。
【００７０】
この保護層７１は、弾性率が絶縁基材１１より小さい第２の熱可塑性樹脂組成物からなる熱可塑性絶縁ペーストが熱圧着により融着したもので、その弾性率は、例えば、絶縁基材１１の熱融着温度において１０ＭＰａ未満である。
この熱可塑性絶縁ペーストとしては、例えば、ガラス転移温度が２００℃のポリイミドシロキサン（ＰＩＳ）系熱可塑性樹脂を主成分とする絶縁ペーストの他、ガラス転移温度が４１℃のポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）系熱可塑性樹脂を主成分とする絶縁ペースト等が好適に用いられる。
【００７１】
次に、このＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法について、図１０に基づき説明する。
まず、上面のみに導電材１３が形成されたＩＣチップ搭載内層基材６３のＩＣチップ６の上面に、上述した熱可塑性絶縁ペースト７２を塗布し、１４０〜１６０℃にて乾燥することで熱可塑性絶縁ペースト７２中に含まれるアジピン酸ジメチルエステル等の溶媒及び水分を除去し、ＩＣチップ搭載内層基材７３とする。
【００７２】
次いで、ＩＣチップ搭載内層基材７３、穴空き内層基材２５、ＩＣチップ搭載内層基材３６をこの順に重ね合わせ、これらＩＣチップ搭載内層基材７３〜ＩＣチップ搭載内層基材３６に熱圧着を施す。
この場合の熱圧着の条件は、例えば、温度：２２０〜３００℃、圧力：１０〜６０ｋｇ／ｃｍ２である。
【００７３】
この熱圧着の過程で、熱可塑性絶縁ペースト７２は、上下方向から加わる圧力及び加熱により流動しＩＣチップ６の周囲を覆う。更に熱圧着が進行すると、この流動化した熱可塑性絶縁ペースト７２が熱融着し保護層７１になるとともに、ＩＣチップ搭載内層基材７３〜ＩＣチップ搭載内層基材３６各々の絶縁基材２１同士も熱融着により相互に融着することとなる。したがって、これらＩＣチップ搭載内層基材７３〜ＩＣチップ搭載内層基材３６は、熱融着により相互に接合され、一体化される。
以上により、ＩＣチップ６の上面が保護層７１により覆われたＩＣチップ内蔵多層配線基板を作製することができる。
【００７４】
なお、熱可塑性絶縁ペースト７２は、図１１に示すように、ＩＣチップ６と対向するＩＣチップ搭載内層基材３６の下面に塗布することとしてもよい。
この場合においても、ＩＣチップ６の上面が保護層７１により覆われたＩＣチップ内蔵多層配線基板を作製することができる。
【００７５】
本実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板においても、上述した第１及び第２の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板と全く同様の作用・効果を奏することができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置内蔵多層配線基板によれば、半導体装置と、この半導体装置に隣接して配置される配線基材との間に、第２の熱可塑性樹脂組成物からなる保護層を形成したので、この保護層が応力や熱膨張率の差による熱的ストレスを吸収し、半導体チップや配線基材と半導体チップとの間の歪みや変形を防止することができ、配線不良や寸法のずれ等の不具合を防止することができる。
また、半導体装置と配線基材との間に樹脂が充分に回り込むので、ボイドが生じる虞がなく、吸湿リフロー耐熱性を向上させることができる。
以上により、高精度かつ高精細な導体配線を形成することができ、電気的特性及び信頼性に優れた半導体装置内蔵多層配線基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板を示す断面図である。
【図２】 本発明の第１の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法を示す過程図である。
【図３】 本発明の第１の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法を示す過程図である。
【図４】 本発明の第１の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法を示す過程図である。
【図５】 絶縁基材及び熱可塑性フィルムの弾性率温度依存性を示す図である。
【図６】 本発明の第２の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板を示す断面図である。
【図７】 本発明の第２の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法を示す過程図である。
【図８】 本発明の第２の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法の他の例を示す過程図である。
【図９】 本発明の第３の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板を示す断面図である。
【図１０】 本発明の第３の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法を示す過程図である。
【図１１】 本発明の第３の実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板の製造方法の他の例を示す過程図である。
【符号の説明】
１ 最上層基材（最上層の配線基材）
２ 穴空き内層基材（配線基材）
３ ＩＣチップ（半導体装置）搭載内層基材（配線基材）
４ 穴空き内層基材（配線基材）
５ ＩＣチップ（半導体装置）搭載内層基材（配線基材）
６ ＩＣチップ（半導体装置）
７ 保護層
１１ 絶縁基材
１２ バイアホール
１３ 導電材
１４ 開口
１７ 配線回路形成用の溝部
２１ 絶縁基材
２２ 最上層基材
２３ 貫通孔
２４ 導電性ペースト
２５ 穴空き内層基材
３３ 貫通孔
３４ 導電性ペースト
３５ 熱圧着治具
３６ ＩＣチップ搭載内層基材
４３ 熱可塑性フィルム
５１ 保護層
５２ 熱可塑性接着剤
５３ ＩＣチップ搭載内層基材
６１ ＩＣチップ搭載内層基材
７１ 保護層
７２ 熱可塑性絶縁ペースト
７３ ＩＣチップ搭載内層基材
Claims (5)
- 第１の熱可塑性樹脂組成物からなる絶縁基材に導体配線が形成された配線基材が複数、積層され、
これら複数の配線基材のうち、１つまたは２つ以上の配線基材に半導体装置が搭載され、
これらの配線基材同士が熱融着により一体化されてなる半導体装置内蔵多層配線基板において、
前記半導体装置と、該半導体装置に隣接して配置される配線基材との間には、第２の熱可塑性樹脂組成物からなる保護層が形成され、
前記保護層の熱融着温度における弾性率は、前記絶縁基材の熱融着温度における弾性率より小さいことを特徴とする半導体装置内蔵多層配線基板。 - 前記半導体装置が搭載された配線基材に隣接して配置される配線基材には、前記半導体装置を収納する開口が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置内蔵多層配線基板。
- 前記半導体装置と前記開口との間には、前記第２の熱可塑性樹脂組成物からなる保護層が形成されていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置内蔵多層配線基板。
- 前記第２の熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性フィルム、熱可塑性シート、熱可塑性接着剤、熱可塑性ペーストのいずれか１種であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の半導体装置内蔵多層配線基板。
- 前記第１の熱可塑性樹脂組成物は、結晶融解温度が２６０℃以上である結晶性熱可塑性樹脂、ガラス転移温度が２６０℃以上である非晶性熱可塑性樹脂、液晶転移温度が２６０℃以上である液晶ポリマーから選択された１種を含有し、前記第２の熱可塑性樹脂組成物は、非晶性熱可塑性樹脂を含有してなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の半導体装置内蔵多層配線基板。
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