JP3935801B2 - 多層配線基板及び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、多層配線基板及び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熱融着により一体化した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多層配線基板及び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、大きく分けて次の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、特に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平板状の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、これら半導体チップ搭載配線基板を含む複数種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。
これらの配線基板の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、絶縁基板を構成する耐熱性樹脂のガラス転移温度以上とされている。
【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、半導体チップ搭載配線基板を含む複数種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。
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。
【０００７】
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、あるいは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。
そこで、半導体チップと配線基板との熱膨張率の差をできるだけ小さくするために、配線基板中にシリカ粒子等の無機充填材を分散させた構造の配線基板が提案され、実用に供されている。
【０００８】
しかしながら、この無機充填材を分散させた配線基板においても、次のような問題点があった。
（１）無機充填材の最大粒径が、配線基板に形成された導体配線間の最小間隔より大きく、無機充填材が隣接する２つの導体配線に跨って存在する場合、無機充填材に沿ってマイグレーションが発生し、導体配線間に短絡等の不具合が生じる虞がある。
（２）配線基板中の無機充填材の充填量が多い場合、熱融着時における配線基板の流動性が低下し、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ものとなり、ボイドが形成される虞がある。
このボイドは、吸湿により水分が溜まり易いという欠点があり、このボイドに水分が溜まった場合、後のリフロー工程で膨れが生じ、耐吸湿性及びリフロー耐熱性が低下するという問題点があった。
【０００９】
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、複数の配線基板、あるい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、積層し融着一体化する際に、無機充填材に沿ってのマイグレーションの発生が無く、導体配線間に短絡等の不具合が生じる虞が無く、また、ボイドの形成が無く、吸湿リフロー耐熱性が向上したものとなり、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、配線基板やそれに搭載される半導体チップ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多層配線基板及び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。
【００１０】
【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、複数の配線基板、あるい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、積層し融着一体化する際に、配線基板を構成する熱可塑性樹脂組成物中の無機充填材の最大粒径を、この配線基板に形成された導体配線間の最小間隔より小さくすれば、無機充填材に沿ってマイグレーションが発生する虞がなく、導体配線間に短絡等の不具合が生じる虞がなく、また、配線基板中の無機充填材の充填量を減少させることが可能であれば、ボイドが発生する虞がなく、耐吸湿性及びリフロー耐熱性が向上すると考え、本発明に至った。
【００１１】
すなわち、本発明の多層配線基板は、無機充填材を分散させた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、これらの配線基材同士が熱融着により接着され一体化されてなる多層配線基板において、前記無機充填材は平板状であり、この無機充填材の最大粒径は、前記導体配線間の最小間隔より小さく、この無機充填材の平板面と前記絶縁基材の一主面とのなす角度は３０度以内であることを特徴とする。
【００１２】
この多層配線基板では、配線基材を構成する熱可塑性樹脂組成物中に分散された無機充填材の最大粒径を、この配線基材に形成された導体配線間の最小間隔より小さいとしたことにより、無機充填材が隣接する２つの導体配線間に存在した様な場合においても、無機充填材に沿ってマイグレーションが発生する虞がなく、したがって、導体配線間に短絡等の不具合が生じる虞も無い。
【００１３】
前記無機充填材の添加量は、前記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重量部以下であることが望ましい。
前記熱可塑性樹脂組成物は、結晶融解ピーク温度が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から選択された１種を含有し、かつ、熱融着温度における弾性率が５０ＭＰａ未満であることが望ましい。
【００１４】
本発明の半導体装置内蔵多層配線基板は、本発明の多層配線基板を用いた半導体装置内蔵多層配線基板であって、前記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ていることを特徴とする。
【００１５】
この半導体装置内蔵多層配線基板では、本発明の多層配線基板の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を搭載したことにより、複数種の配線基板を積層し、熱圧着により融着一体化する際に、半導体装置に直接加わる応力や、半導体装置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、半導体装置や、配線基板と半導体装置との間に変形や配線歪が生じるのを防止し、配線不良や寸法のずれ等の不具合の発生を防止する。
これにより、配線ピッチのさらなるファイン化が可能になり、半導体装置や配線基板の初期特性が安定化し、特性の経時変化も小さくなり、信頼性が向上する。
【００１６】
室温から前記絶縁基材のガラス転移温度までの温度範囲における、前記絶縁基材の線膨張係数と前記半導体装置の線膨張係数との差は２．０×１０−５未満であることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の多層配線基板及び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。
【００１８】
「第１の実施形態」
図１は本発明の第１の実施形態の多層配線基板を示す断面図であり、図において、符号１は多層配線基板であり、最上層基材（最上層の配線基材）２と、内層基材（配線基材）３と、最下層基材（最下層の配線基材）４が、この順に積層され、熱融着により接着され一体化されている。
【００１９】
最上層基材２は、通常１００μｍ以下の厚みの薄板状、フィルム状あるいはシート状の絶縁基材１１の表面（一主面）及び裏面に、所定の配線パターンを有する配線回路（導体配線）１２がそれぞれ形成されるとともに、この絶縁基材１１を貫通するバイアホール１３、１３が形成され、これらのバイアホール１３、１３内には導電材（導体配線）１４が充填され、この導電材１４により配線回路１２、１２が導通するようになっている。
【００２０】
内層基材３は、最上層基材２と同様、通常１００μｍ以下の厚みの薄板状、フィルム状あるいはシート状の絶縁基材１１の所定位置に、これを貫通するバイアホール１３、１３が形成され、これらのバイアホール１３、１３内には導電材（導体配線）１４が充填されている。
最下層基材４は、上述した最上層基材２とは、配線回路１２の配線パターンの形状、及びバイアホール１３の数及び位置が異なるのみで、その他の構成は最上層基材２と全く同様である。
【００２１】
絶縁基材１１は、図２に示すように、熱可塑性樹脂組成物２１中に平板状の無機充填材２２を均一に分散させたもので、この無機充填材２２の平板面と絶縁基材１１の一主面１１ａとのなす角度θは３０度以内である。
無機充填材２２としては、絶縁性を有する平板状の無機粒子が望ましく、例えば、天然マイカ、合成マイカ、タルク（滑石）、板状炭酸カルシウム、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。
【００２２】
この無機充填材２２の最大粒径Ｄは、多層配線基板１における配線回路１２、１２間の最小間隔ｄよりも小さい。図１では、最上層基材２の下面側の配線回路１２、１２間の間隔が最も狭く、この間隔が多層配線基板１における配線回路１２、１２間の最小間隔ｄとなる。
【００２３】
ここで、最大粒径Ｄは、熱可塑性樹脂組成物２１中に分散させる前の無機充填材２２を、純水中に均一に分散させて分散液とし、この分散液中の無機充填材２２の粒度分布をレーザ回折・散乱法を用いて測定し、この粒度分布から最大の粒径を求めることにより規定される。
この配線回路１２、１２間の最小間隔ｄ及び最大粒径Ｄの一例を挙げると、最小間隔ｄが２０μｍの場合、無機充填材２２の最大粒径Ｄは概ね１５μｍ程度である。
【００２４】
この無機充填材２２の添加量は、熱可塑性樹脂組成物２１を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。
【００２５】
熱可塑性樹脂組成物２１は、結晶融解ピーク温度（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から選択された１種を含有し、かつ、熱融着温度における弾性率が５０ＭＰａ未満である。
【００２６】
例えば、結晶融解ピーク温度（Ｔｍ）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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
また、ガラス転移温度（Ｔｇ）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。
【００２９】
配線回路１２は、金属またはその合金を主成分とする薄膜、箔、厚膜等により構成されている。この配線回路１２に用いられる金属としては、銅、銀、アルミニウム等、導電性に優れた金属が好適である。
導電材１４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。
【００３０】
次に、本実施形態の多層配線基板の製造方法について図３及び図４に基づき説明する。
ここでは、熱融着により接着され一体化される前の、最上層基材（最上層の配線基材）３１、内層基材（配線基材）３２、最下層基材（最下層の配線基材）３３それぞれを作製し、その後、これら最上層基材３１〜最下層基材３３を熱融着により接着一体化し多層配線基板１とする。
【００３１】
（１）最上層基材３１、内層基材３２及び最下層基材３３の作製
まず、熱可塑性樹脂組成物２１中に平板状の無機充填材２２を均一に分散させたフィルム状、薄板状またはシート状の絶縁基材４１を用意する。
熱可塑性樹脂組成物としては、熱融着温度における弾性率が５０ＭＰａ未満の熱可塑性樹脂組成物が望ましく、結晶融解ピーク温度（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のいずれかが望ましい。
また、無機充填材２２としては、合成マイカ、タルク（滑石）等が望ましい。
【００３２】
上記の結晶性熱可塑性樹脂組成物としては、例えば、結晶融解ピーク温度（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組成物が好ましく、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）、あるいは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）が好ましい。
【００３３】
無機充填材２２としては、その最大粒径Ｄが多層配線基板１における配線回路１２、１２間の最小間隔ｄよりも小さいものが好ましく、例えば、合成マイカ、タルク（滑石）、板状炭酸カルシウム、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好ましい。
【００３４】
この絶縁基材４１の成形方法としては、無機充填材２２の配向度合い、すなわち無機充填材２２の平板面と絶縁基材４１の表面４１ａ（または裏面４１ｂ）とのなす角度θを３０度以内に制御することができれば、特に限定されるものではないが、この角度θの制御性の点からはＴダイを用いる押出キャスト法が好適である。
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以上かつ４３０℃以下である。
【００３５】
このＴダイを用いる押出キャスト法では、平板状の無機充填材を均一に分散させた熱可塑性樹脂組成物がＴダイを通過する過程で、無機充填材の平板面が熱可塑性樹脂組成物の流動方向と一致するように配向される。この配向の度合いは、Ｔダイの出口のギャップからキャストロール上で所望の厚みに制御される過程で調整することができる。より具体的には、Ｔダイの出口のギャップを調整することで、得られる絶縁基材４１の厚み及び無機充填材の配向度合いを調整することができる。
【００３６】
次いで、絶縁基材４１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４１を貫通する貫通孔を形成し、バイアホール１３とする。
次いで、スキージ印刷等によりバイアホール１３内に銀（Ａｇ）粒子等を主成分とする導電性ペースト４２を充填し、その後、この導電性ペースト４２を１６０〜１８０℃で、３０〜６０分加熱して硬化させ、導電材１４とする。
【００３７】
次いで、図示しない研磨機を用いて絶縁基材４１の表面４１ａ上に残っている導電材１４を研削して除去するとともに、絶縁基材４１の表面４１ａを平坦化する。このようにして、内層基材３２が得られる。
さらに、絶縁基材４１の表面４１ａ及び裏面４１ｂに、銅、銀、アルミニウム等の金属箔をホットスタンプ法により箔押しする、あるいはスクリーン印刷法により導電性ペーストを塗布する、のいずれかの方法により所望の回路パターンを有する配線回路１２、１２を形成することにより、最上層基材３１及び最下層基材３３が得られる。
【００３８】
（２）多層配線基板の作製
図４に示すように、ヒーター内蔵の積層治具５１内に、弾性及び離型性を有するクッションフィルム５２、最下層基材３３、内層基材３２、最上層基材３１、弾性及び離型性を有するクッションフィルム５２をこの順に重ね、押圧治具５３を用いて、これらを上方から押圧する。
【００３９】
次いで、押圧治具５３を押下させかつ積層治具５１全体を加熱することにより、これら最下層基材３３、内層基材３２及び最上層基材３１に熱圧着を施す。
この場合の熱圧着は、絶縁基材４１を構成する樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）以上で、その時の弾性率が５０ＭＰａ未満の温度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：２００〜２４０℃、圧力：３０〜５０ｋｇ／ｃｍ２である。
【００４０】
この熱圧着の過程では、絶縁基材４１、４１、…は、上下方向から加わる圧力及び加熱により熱融着され、相互に融着されることとなる。この際、絶縁基材４１の両面に形成された配線回路１２も熱融着により隣接する絶縁基材４１、４１双方に融着することとなる。したがって、これら最上層基材３１、内層基材３２及び最下層基材３３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、多層配線基板１を作製することができる。
【００４１】
本実施形態の多層配線基板１によれば、基材２〜４の主要部である絶縁基材１１を、熱可塑性樹脂組成物２１中に平板状の無機充填材２２を均一に分散させたものとし、この無機充填材２２の平板面と絶縁基材１１の表面１１ａとのなす角度θを３０度以内とし、この無機充填材２２の最大粒径Ｄを配線回路１２、１２間の最小間隔ｄよりも小としたので、無機充填材２２が隣接する２つの配線回路１２、１２間に存在した様な場合においても、無機充填材２２に起因するマイグレーションの発生を防止することができ、配線回路１２、１２間に短絡等の不具合が生じるのを防止することができる。
【００４２】
「第２の実施形態」
図５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り、このＩＣチップ内蔵多層配線基板６１の構成要素において上述した第１の実施形態の多層配線基板１と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。
このＩＣチップ内蔵多層配線基板６１は、最上層基材２と、内層基材（配線基材）６２と、ＩＣチップ内蔵基材（最下層の配線基材）６３が、この順に積層され、熱融着により接着され一体化されている。
【００４３】
内層基材６２は、絶縁基材１１の裏面１１ｂ、すなわちＩＣチップ内蔵基材６３側の面に、後述するＩＣチップを収納するＩＣチップ収納用の凹部６４が形成されている。
ＩＣチップ内蔵基材６３は、絶縁基材１１上にＩＣチップ（半導体装置）６５が搭載され、このＩＣチップ６５の端子６６、６６は配線回路１２、１２に電気的に接続されている。
【００４４】
このＩＣチップ内蔵多層配線基板６１では、室温（２５℃）から絶縁基材１１のガラス転移温度（Ｔｇ）までの温度範囲における、絶縁基材１１の線膨張係数とＩＣチップ６５の線膨張係数との差は２．０×１０−５未満である。
例えば、熱可塑性樹脂組成物２１を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℃）とし、この樹脂組成物（ＰＥＥＫ／ＰＥＩ）１００重量部に対して無機充填材２２を２５重量部添加した絶縁基材１１の室温からガラス転移温度（Ｔｇ）までの温度範囲における線膨張係数は１．８×１０−５であり、ＩＣチップ６５の線膨張係数は５．０×１０−７である。したがって、絶縁基材１１の線膨張係数とＩＣチップ６５の線膨張係数との差は１．７５×１０−５である。
【００４５】
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６及び図７に基づき説明する。
（１）最上層基材の作製
第１の実施形態の多層配線基板の製造方法に準じて最上層基材３１を作製する。
（２）内層基材の作製
第１の実施形態の多層配線基板の製造方法に準じて、絶縁基材４１に形成されたバイアホール１３に導電材１４が充填され、その表面４１ａが平坦化された絶縁基材４１を作製する。次いで、この絶縁基材４１の裏面４１ｂ、すなわち後述するＩＣチップ内蔵基材７２側の面の所定位置に、切削機等を用いてＩＣチップ収納用の凹部６４を形成し、内層基材（配線基材）７１を作製する。
【００４６】
（３）ＩＣチップ内蔵基材の作製
上述した最上層基材３１と同様にして、バイアホール１３に導電材１４が充填され、平坦化された表面４１ａ及び裏面４１ｂに配線回路１２、１２がそれぞれ形成された絶縁基材４１を作製する。
次いで、絶縁基材４１上の所定位置にＩＣチップ６５を配置し、このＩＣチップ６５上にヒーター内蔵の熱圧着治具（図示せず）を載置し、この熱圧着治具を押下させることにより、ＩＣチップ６５を絶縁基材４１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。
【００４７】
この熱圧着により、ＩＣチップ６５の端子６６、６６が絶縁基材４１の配線回路１２、１２に電気的に接続されるとともに、ＩＣチップ６５と絶縁基材４１とが一体化されたＩＣチップ搭載内層基材（配線基材）７２を作製する。
【００４８】
（４）ＩＣチップ内蔵多層配線基板の作製
図７に示すように、ヒーター内蔵の積層治具５１内に、弾性及び離型性を有するクッションフィルム５２、ＩＣチップ搭載内層基材７２、内層基材７１、最上層基材３１、弾性及び離型性を有するクッションフィルム５２をこの順に重ね、押圧治具５３を用いて、これらを上方から押圧する。
【００４９】
次いで、押圧治具５３を押下させかつ積層治具５１全体を加熱することにより、これらＩＣチップ搭載内層基材７２、内層基材７１及び最上層基材３１に熱圧着を施す。
この場合の熱圧着条件は、第１の実施形態の熱圧着条件と全く同様である。
【００５０】
この熱圧着の過程で、上下に重ね合わされた絶縁基材４１、４１、…は、上下方向から加わる圧力及び加熱により熱融着され、相互に融着されることとなる。したがって、これらＩＣチップ搭載内層基材７２、内層基材７１及び最上層基材３１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チップ内蔵多層配線基板６１を作製することができる。
【００５１】
（５）ＩＣチップ内蔵多層配線基板の特性評価
上記により得られたＩＣチップ内蔵多層配線基板の特性評価を表１及び表２に示す。
ここでは、熱可塑性樹脂組成物２１としては、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）または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）を用い、無機充填材２２としては、平均粒径、平板状粒子の平均厚み、最大粒径の異なる複数種の合成マイカ、またはタルクを用い、樹脂組成物（ＰＥＥＫ／ＰＥＩまたはＰＰＳ／ＰＥＩ）に対する、無機充填材２２の充填量（重量％）を様々に変化させた。
【００５２】
無機充填材の角度θは、熱可塑性樹脂組成物２１中の無機充填材２２の平板面と絶縁基材１１の一主面１１ａとのなす角度であり、絶縁基材の線膨張係数は、絶縁基材の室温（２５℃）からガラス転移温度（Ｔｇ）までの温度範囲における合成マイカの軸方向に沿う方向の線膨張係数であり、線膨張係数差は、ＩＣチップ（線膨張係数：５．０×１０−７）と上記の絶縁基材の線膨張係数との差である。
弾性率は、熱融着温度２１０℃における弾性率を測定した。
【００５３】
ＴＨＢ試験、初期特性、吸湿リフロー耐熱性は、実施例１〜８及び比較例１〜９各々について試験用サンプルを１０個作製し、評価を行った。
ＴＨＢ試験は、バイアス電圧印加前の抵抗値（初期値）、及び８０℃の温度、８５％の湿度の下にて５Ｖのバイアス電圧を１０００時間印加した後の抵抗値を測定し、この抵抗値の初期値に対する変化率が１０％以下のものを「○」、１０％を越えたものを「×」、測定ができなかったものを「−」とした。
【００５４】
初期特性は、ショート不良やオープン不良が無いものを「○」、ショート不良やオープン不良が１つでもあったものを「×」とした。
吸湿リフロー耐熱性は、１０層板の試験用サンプルについて、１２１℃の温度、１００％の湿度、２気圧の下に２時間放置して吸湿させ、その後、この試験用サンプルを最高温度を２６０℃に設定したリフロー炉に投入した際に、膨れが生じないものを「○」、膨れが生じたものを「×」、試験ができなかったものを「−」とした。
【００５５】
【表１】
【００５６】
【表２】
【００５７】
本実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板６１によれば、複数の絶縁基材１１、１１、…のうち、１つの絶縁基材１１上にＩＣチップ６５を搭載してＩＣチップ内蔵基材６３としたので、熱圧着により融着一体化した際に、ＩＣチップ６５に直接加わる応力や、ＩＣチップ６５と絶縁基材１１との熱膨張率の差に起因する熱的ストレスにより、ＩＣチップ６５やＩＣチップ６５と絶縁基材１１との間に変形や配線歪が生じるの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の発生を防止することができる。
【００５８】
したがって、配線ピッチのさらなるファイン化を図ることができ、ＩＣチップ６５や、最上層基材２、内層基材６２及びＩＣチップ内蔵基材６３の初期特性を安定化することができ、特性の経時変化も抑制することができ、信頼性を向上させることができる。
【００５９】
以上、本発明の多層配線基板及び半導体装置内蔵多層配線基板の各実施形態について図面に基づき説明してきたが、本発明は上記の各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨の範囲内で様々に変更可能である。
例えば、上記のＩＣチップ内蔵多層配線基板６１では、最下層の配線基材であるＩＣチップ内蔵基材６３にＩＣチップ６５を搭載したが、必要に応じて最上層基材１や内層基材６２に搭載してもよい。
また、多層配線基板１上やＩＣチップ内蔵多層配線基板６１上に、必要に応じてコンデンサ、抵抗等の電子部品を搭載した構成としてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多層配線基板によれば、配線基材を構成する熱可塑性樹脂組成物中に分散された無機充填材の最大粒径を、この配線基材に形成された導体配線間の最小間隔より小さいとしたので、無機充填材が隣接する２つの導体配線間に存在した様な場合においても、無機充填材に起因するマイグレーションの発生を防止することができ、導体配線間に短絡等の不具合が生じるのを防止することができる。
【００６１】
本発明の半導体装置内蔵多層配線基板によれば、本発明の多層配線基板の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を搭載したので、複数種の配線基板を積層し、熱圧着により融着一体化した際に、半導体装置に直接加わる応力や、半導体装置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、半導体装置や配線基板と半導体装置との間に変形や配線歪が生じるの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の発生を防止することができる。
したがって、配線ピッチのさらなるファイン化を図ることができ、半導体装置や配線基板の初期特性を安定化することができ、特性の経時変化も抑制することができ、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態の多層配線基板を示す断面図である。
【図２】 熱可塑性樹脂組成物中に平板状の無機充填材を均一に分散させた絶縁基材の断面構造を示す模式図である。
【図３】 本発明の第１の実施形態の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の実施形態の多層配線基板の製造方法を示す過程図である。
【図５】 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の製造方法を示す過程図である。
【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。
【符号の説明】
１ 多層配線基板
２ 最上層基材（最上層の配線基材）
３ 内層基材（配線基材）
４ 最下層基材（最下層の配線基材）
１１ 絶縁基材
１１ａ 表面（一主面）
１１ｂ 裏面
１２ 配線回路（導体配線）
１３ バイアホール
１４ 導電材（導体配線）
２１ 熱可塑性樹脂組成物
２２ 無機充填材
３１ 最上層基材（最上層の配線基材）
３２ 内層基材（配線基材）
３３ 最下層基材（最下層の配線基材）
４１ 絶縁基材
４１ａ 表面
４１ｂ 裏面
６１ ＩＣチップ内蔵多層配線基板
６２ 内層基材（配線基材）
６３ ＩＣチップ内蔵基材（最下層の配線基材）
６４ 凹部
６５ ＩＣチップ（半導体装置）
６６ 端子
７１ 内層基材（配線基材）
７２ ＩＣチップ内蔵基材（配線基材）
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層配線基板及び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熱融着により一体化した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多層配線基板及び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、大きく分けて次の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、特に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平板状の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、これら半導体チップ搭載配線基板を含む複数種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。
これらの配線基板の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、絶縁基板を構成する耐熱性樹脂のガラス転移温度以上とされている。
【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、半導体チップ搭載配線基板を含む複数種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。
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。
【０００７】
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、あるいは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。
そこで、半導体チップと配線基板との熱膨張率の差をできるだけ小さくするために、配線基板中にシリカ粒子等の無機充填材を分散させた構造の配線基板が提案され、実用に供されている。
【０００８】
しかしながら、この無機充填材を分散させた配線基板においても、次のような問題点があった。
（１）無機充填材の最大粒径が、配線基板に形成された導体配線間の最小間隔より大きく、無機充填材が隣接する２つの導体配線に跨って存在する場合、無機充填材に沿ってマイグレーションが発生し、導体配線間に短絡等の不具合が生じる虞がある。
（２）配線基板中の無機充填材の充填量が多い場合、熱融着時における配線基板の流動性が低下し、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ものとなり、ボイドが形成される虞がある。
このボイドは、吸湿により水分が溜まり易いという欠点があり、このボイドに水分が溜まった場合、後のリフロー工程で膨れが生じ、耐吸湿性及びリフロー耐熱性が低下するという問題点があった。
【０００９】
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、複数の配線基板、あるい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、積層し融着一体化する際に、無機充填材に沿ってのマイグレーションの発生が無く、導体配線間に短絡等の不具合が生じる虞が無く、また、ボイドの形成が無く、吸湿リフロー耐熱性が向上したものとなり、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、配線基板やそれに搭載される半導体チップ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多層配線基板及び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。
【００１０】
【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、複数の配線基板、あるい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、積層し融着一体化する際に、配線基板を構成する熱可塑性樹脂組成物中の無機充填材の最大粒径を、この配線基板に形成された導体配線間の最小間隔より小さくすれば、無機充填材に沿ってマイグレーションが発生する虞がなく、導体配線間に短絡等の不具合が生じる虞がなく、また、配線基板中の無機充填材の充填量を減少させることが可能であれば、ボイドが発生する虞がなく、耐吸湿性及びリフロー耐熱性が向上すると考え、本発明に至った。
【００１１】
すなわち、本発明の多層配線基板は、無機充填材を分散させた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、これらの配線基材同士が熱融着により接着され一体化されてなる多層配線基板において、前記無機充填材は平板状であり、この無機充填材の最大粒径は、前記導体配線間の最小間隔より小さく、この無機充填材の平板面と前記絶縁基材の一主面とのなす角度は３０度以内であることを特徴とする。
【００１２】
この多層配線基板では、配線基材を構成する熱可塑性樹脂組成物中に分散された無機充填材の最大粒径を、この配線基材に形成された導体配線間の最小間隔より小さいとしたことにより、無機充填材が隣接する２つの導体配線間に存在した様な場合においても、無機充填材に沿ってマイグレーションが発生する虞がなく、したがって、導体配線間に短絡等の不具合が生じる虞も無い。
【００１３】
前記無機充填材の添加量は、前記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重量部以下であることが望ましい。
前記熱可塑性樹脂組成物は、結晶融解ピーク温度が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から選択された１種を含有し、かつ、熱融着温度における弾性率が５０ＭＰａ未満であることが望ましい。
【００１４】
本発明の半導体装置内蔵多層配線基板は、本発明の多層配線基板を用いた半導体装置内蔵多層配線基板であって、前記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ていることを特徴とする。
【００１５】
この半導体装置内蔵多層配線基板では、本発明の多層配線基板の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を搭載したことにより、複数種の配線基板を積層し、熱圧着により融着一体化する際に、半導体装置に直接加わる応力や、半導体装置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、半導体装置や、配線基板と半導体装置との間に変形や配線歪が生じるのを防止し、配線不良や寸法のずれ等の不具合の発生を防止する。
これにより、配線ピッチのさらなるファイン化が可能になり、半導体装置や配線基板の初期特性が安定化し、特性の経時変化も小さくなり、信頼性が向上する。
【００１６】
室温から前記絶縁基材のガラス転移温度までの温度範囲における、前記絶縁基材の線膨張係数と前記半導体装置の線膨張係数との差は２．０×１０−５未満であることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の多層配線基板及び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。
【００１８】
「第１の実施形態」
図１は本発明の第１の実施形態の多層配線基板を示す断面図であり、図において、符号１は多層配線基板であり、最上層基材（最上層の配線基材）２と、内層基材（配線基材）３と、最下層基材（最下層の配線基材）４が、この順に積層され、熱融着により接着され一体化されている。
【００１９】
最上層基材２は、通常１００μｍ以下の厚みの薄板状、フィルム状あるいはシート状の絶縁基材１１の表面（一主面）及び裏面に、所定の配線パターンを有する配線回路（導体配線）１２がそれぞれ形成されるとともに、この絶縁基材１１を貫通するバイアホール１３、１３が形成され、これらのバイアホール１３、１３内には導電材（導体配線）１４が充填され、この導電材１４により配線回路１２、１２が導通するようになっている。
【００２０】
内層基材３は、最上層基材２と同様、通常１００μｍ以下の厚みの薄板状、フィルム状あるいはシート状の絶縁基材１１の所定位置に、これを貫通するバイアホール１３、１３が形成され、これらのバイアホール１３、１３内には導電材（導体配線）１４が充填されている。
最下層基材４は、上述した最上層基材２とは、配線回路１２の配線パターンの形状、及びバイアホール１３の数及び位置が異なるのみで、その他の構成は最上層基材２と全く同様である。
【００２１】
絶縁基材１１は、図２に示すように、熱可塑性樹脂組成物２１中に平板状の無機充填材２２を均一に分散させたもので、この無機充填材２２の平板面と絶縁基材１１の一主面１１ａとのなす角度θは３０度以内である。
無機充填材２２としては、絶縁性を有する平板状の無機粒子が望ましく、例えば、天然マイカ、合成マイカ、タルク（滑石）、板状炭酸カルシウム、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。
【００２２】
この無機充填材２２の最大粒径Ｄは、多層配線基板１における配線回路１２、１２間の最小間隔ｄよりも小さい。図１では、最上層基材２の下面側の配線回路１２、１２間の間隔が最も狭く、この間隔が多層配線基板１における配線回路１２、１２間の最小間隔ｄとなる。
【００２３】
ここで、最大粒径Ｄは、熱可塑性樹脂組成物２１中に分散させる前の無機充填材２２を、純水中に均一に分散させて分散液とし、この分散液中の無機充填材２２の粒度分布をレーザ回折・散乱法を用いて測定し、この粒度分布から最大の粒径を求めることにより規定される。
この配線回路１２、１２間の最小間隔ｄ及び最大粒径Ｄの一例を挙げると、最小間隔ｄが２０μｍの場合、無機充填材２２の最大粒径Ｄは概ね１５μｍ程度である。
【００２４】
この無機充填材２２の添加量は、熱可塑性樹脂組成物２１を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。
【００２５】
熱可塑性樹脂組成物２１は、結晶融解ピーク温度（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から選択された１種を含有し、かつ、熱融着温度における弾性率が５０ＭＰａ未満である。
【００２６】
例えば、結晶融解ピーク温度（Ｔｍ）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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
また、ガラス転移温度（Ｔｇ）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。
【００２９】
配線回路１２は、金属またはその合金を主成分とする薄膜、箔、厚膜等により構成されている。この配線回路１２に用いられる金属としては、銅、銀、アルミニウム等、導電性に優れた金属が好適である。
導電材１４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。
【００３０】
次に、本実施形態の多層配線基板の製造方法について図３及び図４に基づき説明する。
ここでは、熱融着により接着され一体化される前の、最上層基材（最上層の配線基材）３１、内層基材（配線基材）３２、最下層基材（最下層の配線基材）３３それぞれを作製し、その後、これら最上層基材３１〜最下層基材３３を熱融着により接着一体化し多層配線基板１とする。
【００３１】
（１）最上層基材３１、内層基材３２及び最下層基材３３の作製
まず、熱可塑性樹脂組成物２１中に平板状の無機充填材２２を均一に分散させたフィルム状、薄板状またはシート状の絶縁基材４１を用意する。
熱可塑性樹脂組成物としては、熱融着温度における弾性率が５０ＭＰａ未満の熱可塑性樹脂組成物が望ましく、結晶融解ピーク温度（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のいずれかが望ましい。
また、無機充填材２２としては、合成マイカ、タルク（滑石）等が望ましい。
【００３２】
上記の結晶性熱可塑性樹脂組成物としては、例えば、結晶融解ピーク温度（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組成物が好ましく、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）、あるいは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）が好ましい。
【００３３】
無機充填材２２としては、その最大粒径Ｄが多層配線基板１における配線回路１２、１２間の最小間隔ｄよりも小さいものが好ましく、例えば、合成マイカ、タルク（滑石）、板状炭酸カルシウム、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好ましい。
【００３４】
この絶縁基材４１の成形方法としては、無機充填材２２の配向度合い、すなわち無機充填材２２の平板面と絶縁基材４１の表面４１ａ（または裏面４１ｂ）とのなす角度θを３０度以内に制御することができれば、特に限定されるものではないが、この角度θの制御性の点からはＴダイを用いる押出キャスト法が好適である。
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以上かつ４３０℃以下である。
【００３５】
このＴダイを用いる押出キャスト法では、平板状の無機充填材を均一に分散させた熱可塑性樹脂組成物がＴダイを通過する過程で、無機充填材の平板面が熱可塑性樹脂組成物の流動方向と一致するように配向される。この配向の度合いは、Ｔダイの出口のギャップからキャストロール上で所望の厚みに制御される過程で調整することができる。より具体的には、Ｔダイの出口のギャップを調整することで、得られる絶縁基材４１の厚み及び無機充填材の配向度合いを調整することができる。
【００３６】
次いで、絶縁基材４１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４１を貫通する貫通孔を形成し、バイアホール１３とする。
次いで、スキージ印刷等によりバイアホール１３内に銀（Ａｇ）粒子等を主成分とする導電性ペースト４２を充填し、その後、この導電性ペースト４２を１６０〜１８０℃で、３０〜６０分加熱して硬化させ、導電材１４とする。
【００３７】
次いで、図示しない研磨機を用いて絶縁基材４１の表面４１ａ上に残っている導電材１４を研削して除去するとともに、絶縁基材４１の表面４１ａを平坦化する。このようにして、内層基材３２が得られる。
さらに、絶縁基材４１の表面４１ａ及び裏面４１ｂに、銅、銀、アルミニウム等の金属箔をホットスタンプ法により箔押しする、あるいはスクリーン印刷法により導電性ペーストを塗布する、のいずれかの方法により所望の回路パターンを有する配線回路１２、１２を形成することにより、最上層基材３１及び最下層基材３３が得られる。
【００３８】
（２）多層配線基板の作製
図４に示すように、ヒーター内蔵の積層治具５１内に、弾性及び離型性を有するクッションフィルム５２、最下層基材３３、内層基材３２、最上層基材３１、弾性及び離型性を有するクッションフィルム５２をこの順に重ね、押圧治具５３を用いて、これらを上方から押圧する。
【００３９】
次いで、押圧治具５３を押下させかつ積層治具５１全体を加熱することにより、これら最下層基材３３、内層基材３２及び最上層基材３１に熱圧着を施す。
この場合の熱圧着は、絶縁基材４１を構成する樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）以上で、その時の弾性率が５０ＭＰａ未満の温度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：２００〜２４０℃、圧力：３０〜５０ｋｇ／ｃｍ２である。
【００４０】
この熱圧着の過程では、絶縁基材４１、４１、…は、上下方向から加わる圧力及び加熱により熱融着され、相互に融着されることとなる。この際、絶縁基材４１の両面に形成された配線回路１２も熱融着により隣接する絶縁基材４１、４１双方に融着することとなる。したがって、これら最上層基材３１、内層基材３２及び最下層基材３３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、多層配線基板１を作製することができる。
【００４１】
本実施形態の多層配線基板１によれば、基材２〜４の主要部である絶縁基材１１を、熱可塑性樹脂組成物２１中に平板状の無機充填材２２を均一に分散させたものとし、この無機充填材２２の平板面と絶縁基材１１の表面１１ａとのなす角度θを３０度以内とし、この無機充填材２２の最大粒径Ｄを配線回路１２、１２間の最小間隔ｄよりも小としたので、無機充填材２２が隣接する２つの配線回路１２、１２間に存在した様な場合においても、無機充填材２２に起因するマイグレーションの発生を防止することができ、配線回路１２、１２間に短絡等の不具合が生じるのを防止することができる。
【００４２】
「第２の実施形態」
図５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り、このＩＣチップ内蔵多層配線基板６１の構成要素において上述した第１の実施形態の多層配線基板１と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。
このＩＣチップ内蔵多層配線基板６１は、最上層基材２と、内層基材（配線基材）６２と、ＩＣチップ内蔵基材（最下層の配線基材）６３が、この順に積層され、熱融着により接着され一体化されている。
【００４３】
内層基材６２は、絶縁基材１１の裏面１１ｂ、すなわちＩＣチップ内蔵基材６３側の面に、後述するＩＣチップを収納するＩＣチップ収納用の凹部６４が形成されている。
ＩＣチップ内蔵基材６３は、絶縁基材１１上にＩＣチップ（半導体装置）６５が搭載され、このＩＣチップ６５の端子６６、６６は配線回路１２、１２に電気的に接続されている。
【００４４】
このＩＣチップ内蔵多層配線基板６１では、室温（２５℃）から絶縁基材１１のガラス転移温度（Ｔｇ）までの温度範囲における、絶縁基材１１の線膨張係数とＩＣチップ６５の線膨張係数との差は２．０×１０−５未満である。
例えば、熱可塑性樹脂組成物２１を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℃）とし、この樹脂組成物（ＰＥＥＫ／ＰＥＩ）１００重量部に対して無機充填材２２を２５重量部添加した絶縁基材１１の室温からガラス転移温度（Ｔｇ）までの温度範囲における線膨張係数は１．８×１０−５であり、ＩＣチップ６５の線膨張係数は５．０×１０−７である。したがって、絶縁基材１１の線膨張係数とＩＣチップ６５の線膨張係数との差は１．７５×１０−５である。
【００４５】
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６及び図７に基づき説明する。
（１）最上層基材の作製
第１の実施形態の多層配線基板の製造方法に準じて最上層基材３１を作製する。
（２）内層基材の作製
第１の実施形態の多層配線基板の製造方法に準じて、絶縁基材４１に形成されたバイアホール１３に導電材１４が充填され、その表面４１ａが平坦化された絶縁基材４１を作製する。次いで、この絶縁基材４１の裏面４１ｂ、すなわち後述するＩＣチップ内蔵基材７２側の面の所定位置に、切削機等を用いてＩＣチップ収納用の凹部６４を形成し、内層基材（配線基材）７１を作製する。
【００４６】
（３）ＩＣチップ内蔵基材の作製
上述した最上層基材３１と同様にして、バイアホール１３に導電材１４が充填され、平坦化された表面４１ａ及び裏面４１ｂに配線回路１２、１２がそれぞれ形成された絶縁基材４１を作製する。
次いで、絶縁基材４１上の所定位置にＩＣチップ６５を配置し、このＩＣチップ６５上にヒーター内蔵の熱圧着治具（図示せず）を載置し、この熱圧着治具を押下させることにより、ＩＣチップ６５を絶縁基材４１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。
【００４７】
この熱圧着により、ＩＣチップ６５の端子６６、６６が絶縁基材４１の配線回路１２、１２に電気的に接続されるとともに、ＩＣチップ６５と絶縁基材４１とが一体化されたＩＣチップ搭載内層基材（配線基材）７２を作製する。
【００４８】
（４）ＩＣチップ内蔵多層配線基板の作製
図７に示すように、ヒーター内蔵の積層治具５１内に、弾性及び離型性を有するクッションフィルム５２、ＩＣチップ搭載内層基材７２、内層基材７１、最上層基材３１、弾性及び離型性を有するクッションフィルム５２をこの順に重ね、押圧治具５３を用いて、これらを上方から押圧する。
【００４９】
次いで、押圧治具５３を押下させかつ積層治具５１全体を加熱することにより、これらＩＣチップ搭載内層基材７２、内層基材７１及び最上層基材３１に熱圧着を施す。
この場合の熱圧着条件は、第１の実施形態の熱圧着条件と全く同様である。
【００５０】
この熱圧着の過程で、上下に重ね合わされた絶縁基材４１、４１、…は、上下方向から加わる圧力及び加熱により熱融着され、相互に融着されることとなる。したがって、これらＩＣチップ搭載内層基材７２、内層基材７１及び最上層基材３１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チップ内蔵多層配線基板６１を作製することができる。
【００５１】
（５）ＩＣチップ内蔵多層配線基板の特性評価
上記により得られたＩＣチップ内蔵多層配線基板の特性評価を表１及び表２に示す。
ここでは、熱可塑性樹脂組成物２１としては、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）または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）を用い、無機充填材２２としては、平均粒径、平板状粒子の平均厚み、最大粒径の異なる複数種の合成マイカ、またはタルクを用い、樹脂組成物（ＰＥＥＫ／ＰＥＩまたはＰＰＳ／ＰＥＩ）に対する、無機充填材２２の充填量（重量％）を様々に変化させた。
【００５２】
無機充填材の角度θは、熱可塑性樹脂組成物２１中の無機充填材２２の平板面と絶縁基材１１の一主面１１ａとのなす角度であり、絶縁基材の線膨張係数は、絶縁基材の室温（２５℃）からガラス転移温度（Ｔｇ）までの温度範囲における合成マイカの軸方向に沿う方向の線膨張係数であり、線膨張係数差は、ＩＣチップ（線膨張係数：５．０×１０−７）と上記の絶縁基材の線膨張係数との差である。
弾性率は、熱融着温度２１０℃における弾性率を測定した。
【００５３】
ＴＨＢ試験、初期特性、吸湿リフロー耐熱性は、実施例１〜８及び比較例１〜９各々について試験用サンプルを１０個作製し、評価を行った。
ＴＨＢ試験は、バイアス電圧印加前の抵抗値（初期値）、及び８０℃の温度、８５％の湿度の下にて５Ｖのバイアス電圧を１０００時間印加した後の抵抗値を測定し、この抵抗値の初期値に対する変化率が１０％以下のものを「○」、１０％を越えたものを「×」、測定ができなかったものを「−」とした。
【００５４】
初期特性は、ショート不良やオープン不良が無いものを「○」、ショート不良やオープン不良が１つでもあったものを「×」とした。
吸湿リフロー耐熱性は、１０層板の試験用サンプルについて、１２１℃の温度、１００％の湿度、２気圧の下に２時間放置して吸湿させ、その後、この試験用サンプルを最高温度を２６０℃に設定したリフロー炉に投入した際に、膨れが生じないものを「○」、膨れが生じたものを「×」、試験ができなかったものを「−」とした。
【００５５】
【表１】
【表２】
本実施形態のＩＣチップ内蔵多層配線基板６１によれば、複数の絶縁基材１１、１１、…のうち、１つの絶縁基材１１上にＩＣチップ６５を搭載してＩＣチップ内蔵基材６３としたので、熱圧着により融着一体化した際に、ＩＣチップ６５に直接加わる応力や、ＩＣチップ６５と絶縁基材１１との熱膨張率の差に起因する熱的ストレスにより、ＩＣチップ６５やＩＣチップ６５と絶縁基材１１との間に変形や配線歪が生じるの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の発生を防止することができる。
【００５８】
したがって、配線ピッチのさらなるファイン化を図ることができ、ＩＣチップ６５や、最上層基材２、内層基材６２及びＩＣチップ内蔵基材６３の初期特性を安定化することができ、特性の経時変化も抑制することができ、信頼性を向上させることができる。
【００５９】
以上、本発明の多層配線基板及び半導体装置内蔵多層配線基板の各実施形態について図面に基づき説明してきたが、本発明は上記の各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨の範囲内で様々に変更可能である。
例えば、上記のＩＣチップ内蔵多層配線基板６１では、最下層の配線基材であるＩＣチップ内蔵基材６３にＩＣチップ６５を搭載したが、必要に応じて最上層基材１や内層基材６２に搭載してもよい。
また、多層配線基板１上やＩＣチップ内蔵多層配線基板６１上に、必要に応じてコンデンサ、抵抗等の電子部品を搭載した構成としてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多層配線基板によれば、配線基材を構成する熱可塑性樹脂組成物中に分散された無機充填材の最大粒径を、この配線基材に形成された導体配線間の最小間隔より小さいとしたので、無機充填材が隣接する２つの導体配線間に存在した様な場合においても、無機充填材に起因するマイグレーションの発生を防止することができ、導体配線間に短絡等の不具合が生じるのを防止することができる。
【００６１】
本発明の半導体装置内蔵多層配線基板によれば、本発明の多層配線基板の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を搭載したので、複数種の配線基板を積層し、熱圧着により融着一体化した際に、半導体装置に直接加わる応力や、半導体装置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、半導体装置や配線基板と半導体装置との間に変形や配線歪が生じるの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の発生を防止することができる。
したがって、配線ピッチのさらなるファイン化を図ることができ、半導体装置や配線基板の初期特性を安定化することができ、特性の経時変化も抑制することができ、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態の多層配線基板を示す断面図である。
【図２】 熱可塑性樹脂組成物中に平板状の無機充填材を均一に分散させた絶縁基材の断面構造を示す模式図である。
【図３】 本発明の第１の実施形態の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の実施形態の多層配線基板の製造方法を示す過程図である。
【図５】 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の製造方法を示す過程図である。
【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。
【符号の説明】
１ 多層配線基板
２ 最上層基材（最上層の配線基材）
３ 内層基材（配線基材）
４ 最下層基材（最下層の配線基材）
１１ 絶縁基材
１１ａ 表面（一主面）
１１ｂ 裏面
１２ 配線回路（導体配線）
１３ バイアホール
１４ 導電材（導体配線）
２１ 熱可塑性樹脂組成物
２２ 無機充填材
３１ 最上層基材（最上層の配線基材）
３２ 内層基材（配線基材）
３３ 最下層基材（最下層の配線基材）
４１ 絶縁基材
４１ａ 表面
４１ｂ 裏面
６１ ＩＣチップ内蔵多層配線基板
６２ 内層基材（配線基材）
６３ ＩＣチップ内蔵基材（最下層の配線基材）
６４ 凹部
６５ ＩＣチップ（半導体装置）
６６ 端子
７１ 内層基材（配線基材）
７２ ＩＣチップ内蔵基材（配線基材）
Claims (5)
- 無機充填材を分散させた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、
これらの配線基材同士が熱融着により接着され一体化されてなる多層配線基板において、
前記無機充填材は平板状であり、この無機充填材の最大粒径は、前記導体配線間の最小間隔より小さく、この無機充填材の平板面と前記絶縁基材の一主面とのなす角度は３０度以内であることを特徴とする多層配線基板。 - 前記無機充填材の添加量は、前記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重量部以下であることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
- 前記熱可塑性樹脂組成物は、結晶融解ピーク温度が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から選択された１種を含有し、かつ、熱融着温度における弾性率が５０ＭＰａ未満であることを特徴とする請求項１または２記載の多層配線基板。
- 請求項１ないし３のいずれか１項記載の多層配線基板を用いた半導体装置内蔵多層配線基板であって、
前記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ていることを特徴とする半導体装置内蔵多層配線基板。 - 室温から前記絶縁基材のガラス転移温度までの温度範囲における、前記絶縁基材の線膨張係数と前記半導体装置の線膨張係数との差は２．０×１０−５未満であることを特徴とする請求項４記載の半導体装置内蔵多層配線基板。
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