JP4946056B2 - 積層型モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の半導体デバイスを搭載し構成される積層型モジュールの構造およびその製造方法に関し、特に落下、曲げなどにより生じる衝撃や応力への耐性を有し、さらには取り付けに際しての柔軟性をも有した高密度かつ多機能な積層型モジュールの構造およびその製造方法に関する。

電子機器の小型化、高性能化や機能拡張性の容易化などを図る上からは、半導体チップなどの電子部品を高密度に実装しかつ機能を集約したモジュールが望まれる。近年では、複数の電子部品を配線基板上に実装し、さらにそれらを積層することでモジュールを構成した積層型モジュールが提案され、実用化されている。
例えば、特許文献１には、一方の面に素子搭載用の電極パッドが、他方の面に放熱用のメッキ膜が形成され、基板周辺部表裏面にスルーホールにて連結された接続ランド、接続端子を形成したフレキシブル基板に半導体チップを異方性導電部材等により搭載して形成した半導体モジュールを複数枚、放熱配線層を有する、ガラスエポキシ樹脂基板などからなるインターポーザにペーストおよびはんだを用いて積層してなる積層型モジュールが開示されている。
一方で、電子機器の使用形態が多様化したことにより、耐衝撃性を有していることが望まれており、これに対応すべく様々な提案がなされている。
例えば、特許文献２にて提案された従来の半導体装置では、半導体チップを搭載した可撓性を有するフレキシブル基板を、硬質性を有するリジット基板を上下より挟み込む構造をとり、かつフレキシブル基板の半導体チップの搭載領域が上下のリジット基板に対して拘束されないことを特徴としており、この構造により、積層型モジュールに加わる熱的ストレス、機械的ストレスをフレキシブル基板で緩和して半導体チップに直接伝わることを避け、信頼性を向上させることができるとしている。
特開２００２−１７６１３５号公報 特開２００１−０７７２２６号公報

近年の積層型モジュールは、高機能・多機能化傾向が一層進む中で、収納される電子機器と同様に小型・薄型・軽量化の要求も強く、それらを両立するための高密度実装を実現することが大きな課題となっている。
しかしながら積層型モジュールの大きさは、搭載される電子部品の大きさ・数や回路構成などの制約から規定されうるものであり、より小型・薄型化された機器内部の限られた空間の中から積層型モジュールの収納可能領域を捻出すること自体が非常に困難な状況となりつつあり、積層型モジュールに関しては小型・薄型・軽量化に加え、電子機器への取り付けに際しての柔軟性、例えば変形状態での電子機器への取り付けが可能なるなどの変形耐性を高める必要があった。
さらに積層型モジュールが実装される電子機器においては、搬送時に何らかの衝撃が加えられたり、或いは携帯電話のように利用者が常に持ち歩くような製品であれば、その取り扱い時に誤って落下させたり、曲げなどの外力が加えられるなどの危険性をはらんでおり、このような落下・曲げなどの衝撃に対する耐性が機器本体ひいてはそれを構成する積層型モジュールに求められている。

特許文献１にて提案された積層型モジュールは、リジットなインターポーザの放熱配線層上に半導体チップをフェースアップ状態で搭載するものであるので、落下・曲げなどの衝撃に対する耐性に劣り、外力に対する信頼性が問題となる。
これに対し、特許文献２にて提案されている半導体装置では、上述の通り、実装部品に対するストレスを軽減できるが、半導体チップが上下のリジット基板に対して拘束されていないことでストレスを緩和する構造を採っているため、フレキシブル基板、リジット基板の間には一定の間隙を確保する必要があり、薄型化に対する阻害要因となりうる。さらに、積層して多層化することが困難な構成であり、高密度な実装を実現することが困難であった。また、特許文献２の半導体装置は、上下に硬質性のリジット基板を配する構成となっており、積層型モジュール全体の変形耐性はリジット基板に支配されるため、この構造では、電子機器への取り付けに際しての柔軟性があり、高い変形耐性を有するとは言い難い。

本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、積層型モジュールに対し、基板面積や基板厚さを増大させることなく、より効率的に回路を収納し、電子部品の搭載を行うことで電子機器の小型・薄型・軽量化要求を満たし、かつ落下・曲げなどの衝撃に対する耐性を有した上で、さらに変形耐性を高めることにより電子機器への取り付けに際しての柔軟性を有し、変形状態での電子機器への取り付けが可能な積層型モジュールを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、上側表面に配線パターンおよび電極パッドが形成され、かつ前記電極パッド上に半導体デバイスが搭載された、曲げ弾性率が４００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下である絶縁シートを、半導体デバイスが搭載されたフレキシブル基板上に１ないし複数枚積層した積層型モジュールであって、前記絶縁シートの表面から露出している前記半導体デバイスの背面の高さと前記絶縁シートの表面の高さとがほぼ一致していることを特徴とする積層型モジュール、が提供される。
そして、好ましくは、前記絶縁シートには、下層に存在するフレキシブル基板上或いは絶縁シート上に搭載された半導体デバイスを収容する貫通孔、または、貫通孔および有天井開口が形成されている。

また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、上側表面に配線パターンおよび電極パッドが形成され、かつ前記電極パッド上に半導体デバイスが搭載された、フレキシブル基板の材料より柔軟性の高い材料からなる絶縁シートを、半導体デバイスが搭載されたフレキシブル基板上に１ないし複数枚積層した積層型モジュールであって、前記絶縁シートには、下層に存在するフレキシブル基板上或いは絶縁シート上に搭載された半導体デバイスを収容する貫通孔、または、貫通孔および有天井開口が形成されており、前記絶縁シートの表面から露出している前記半導体デバイスの背面の高さと前記絶縁シートの表面の高さとがほぼ一致していることを特徴とする積層型モジュール、が提供される。

また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、
（１）配線パターンおよび半導体デバイス搭載用の電極パッドが形成されたフレキシブル基板上にフリップチップボンディング方式にて半導体デバイスを搭載する工程と、
（２）前工程で搭載された半導体デバイスを収容する貫通孔、または、貫通孔および有天井開口を有し、フレキシブル基板の材料より柔軟性の高い材料からなる絶縁シートを、該半導体デバイスおよび下層の配線パターンを覆うように載置する工程と、
（３）前工程で載置された絶縁シート上に配線パターンおよび半導体デバイス搭載用の電極パッドを形成する工程と、
（４）前工程で配線パターンおよび電極パッドが形成された絶縁シート上にフェースダウンにて半導体デバイスを搭載する工程と、
を有し、必要に応じて前記第（２）の工程から前記第（４）の工程までを繰り返し行うことを特徴とする積層型モジュールの製造方法、が提供される。

本発明の積層型モジュールは、フレキシブル基板上に柔軟性に富む絶縁シートを積層しその積層した絶縁シート内部に半導体デバイスを収容するものであり、絶縁シートの厚さを半導体デバイスの高さ程度とすることが可能であるるので、積層型モジュールの高密度実装化を実現でき、積層型モジュールの小型・薄型・軽量化に寄与できる。また、フレキシブル基板が曲がることができ絶縁シートが柔軟に変形することができるので、落下などによる衝撃や曲げなどによる外力に対する耐性を有すると共に、電子機器内部の積層型モジュールの取り付け箇所に関する自由度を高めることができ、電子機器内部の限られた空間に対する有効利用が可能になり電子機器のさらなる小型・薄型化にも寄与できる。

以下、図面を参照して、本発明の積層型モジュールおよびその製造方法の望ましい実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る積層型モジュールの第１の実施の形態を示す断面図である。また、図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態の積層型モジュールに用いられる第１の絶縁シートを示す平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。また、図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態の積層型モジュールに用いられる第２の絶縁シートを示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。
図１に示すように、フレキシブル基板１は基板裏面に複数の外部接続電極２を備え、その外部接続電極２形成個所にはスルーホールが開設されており、スルーホール内壁には層間接続導電膜９ａが形成されている。フレキシブル基板の表面側には、配線パターンおよび半導体デバイス搭載用の電極パッドが形成されており、またその裏面には必要な配線パターンが形成されているが、これらの図示は省略されている。フレキシブル基板１上には、半導体デバイス３ａ、３ｂ、３ｃが搭載されており、さらにフレキシブル基板１上には図２に示す第１の絶縁シート４ａが載置されている。第１の絶縁シート４ａは、柔軟性に富む材料により形成されたものであり、フレキシブル基板１に形成されたスルーホールと同一箇所に層間接続用の複数のスルーホール５ａを備え、さらにフレキシブル基板１上の半導体デバイス３ａ、３ｂ、３ｃの位置に半導体デバイス３ａ、３ｂ、３ｃを収容できる大きさの貫通開口６ａ、６ｂ、６ｃを備えている。第１の絶縁シート４ａ上、および第１の絶縁シート４ａの貫通開口６ａ、６ｂ、６ｃから露出した半導体デバイス３ａ、３ｂ、３ｃの背面には、その上に半導体デバイスを搭載するための電極パッド７および配線パターン８が形成されている。第１の絶縁シート４ａ上の配線パターン８は、スルーホール５ａ周辺に形成されたランド１０まで延設されており、配線パターン８とフレキシブル基板１上の外部接続電極２との間は、第１の絶縁シート４ａのスルーホール５ａおよびフレキシブル基板１のスルーホールのそれぞれの内壁に形成された層間接続導電膜９ｂ、９ａにより電気的に接続されている。また、電極パッド７上には、半導体デバイス３ｄ、３ｅが搭載され、さらに第１の絶縁シート４ａ上には、図３に示す第２の絶縁シート４ｂが載置されている。第２の絶縁シート４ｂは、第１の絶縁シート４ａと同様に、柔軟性に富む材料により形成され、第１の絶縁シート４ａのスルーホール５ａと同一箇所に層間接続用の複数のスルーホール５ｂを備え、かつ第１の絶縁シート４ａ上に搭載された半導体デバイス３ｄ、３ｅの位置に半導体デバイス３ｄ、３ｅを収容する大きさの貫通開口６ｄ、６ｅを備えている。

本実施の形態は、フレキシブル基板１の上に第１の絶縁シート４ａおよび第２の絶縁シート４ｂの２枚の絶縁シートを積層することで構成されているが、この上にさらに１ないし複数枚の絶縁シートを積層し、より多層の積層型モジュールを構成することも可能である。
また、本実施の形態では、フレキシブル基板１に搭載される半導体デバイス３ａ、３ｂ、３ｃは樹脂モールディングされ、絶縁されているＣＳＰ型のデバイスを想定しているが、あらかじめ背面部のみ絶縁処理を施すことが可能であればベアチップタイプの半導体デバイスであってもよい。また、半導体デバイスと電極パッド間の接続には、はんだボールが有利に用いられているが、これに限定されずＡｕバンプなどの電極を有するデバイスであってもよい。さらに本実施の形態においては、フレキシブル基板１に搭載される半導体デバイス３ａ、３ｂ、３ｃの背面と第１の絶縁シート４ａの上面、および第１の絶縁シート４ａに搭載される半導体デバイス３ｄ、３ｅの背面と第２の絶縁シート４ｂの上面がそれぞれ同一平面を形成する構成となっているが、これは全て取り付け高さが等しくなるように設計されたデバイスを搭載しなければならないという制約を示すものではなく、フレキシブル基板１上或いは第１の絶縁シート４ａ上に搭載される部品のうち、最も取り付け高さが低いデバイスに合わせて、他の部品背面に研磨などの加工を加えることで実現が可能である。

第１、第２の絶縁シート４ａ、４ｂは、半導体デバイスに加わる衝撃を緩和しかつ積層型モジュールに対する曲げ・変形を許容できるようにするために、一般的にフレキシブル基板の材料として一般的に用いられているポリイミドより柔軟性に富み、かつ耐熱性を有する材料を用いて形成される。具体的には、第１の絶縁シート４ａの材料は、曲げ弾性率が４００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下であることが望ましく、より好ましくは曲げ弾性率が５００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下である。曲げ弾性率が１４００ＭＰａ以上となると、半導体デバイスに加わる衝撃を緩和する能力が低下し、また容易に曲げたり変形したりすることができなくなるからである。また、曲げ弾性率が４００ＭＰａ以下となると、やはり半導体デバイスに加わる衝撃を緩和する能力が低下し、また絶縁シート上に形成した配線が変形しやすくなり配線の信頼性が低下するからである。第１、第２の絶縁シート４ａ、４ｂを形成するための有利な材料としては、ポリテトラフルオロエチレン（曲げ弾性率：４９０〜５８８ＭＰａ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（曲げ弾性率：６４７〜６８６ＭＰａ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（曲げ弾性率：５３９〜６３７ＭＰａ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（曲げ弾性率：８８２〜１３７２ＭＰａ）などのフッ素系樹脂が挙げられる。
以上、説明した積層型モジュールの実装構造では、絶縁シート上のみならず、半導体デバイスの背面を配線パターンおよび半導体デバイス実装用の電極パッドの形成領域とすることができるため、積層型モジュールの更なる薄型化・高密度実装化が可能となる。また積層される絶縁シート相互の間隙は、絶縁シート上に形成された配線パターンの厚み相当となるため、積層型モジュールの薄型化が可能となる。さらには半導体デバイスの周囲に配置された柔軟な絶縁シートが緩衝材の役割を果たすことで、落下や曲げに対する半導体デバイス接合部へのダメージを軽減でき、高い信頼性を得ることができる。また変形に対する耐性が高められる（変形されても破壊されたり損傷を受けたりすることがない）ことから、積層型モジュールを変形させた状態で電子機器内部に取り付けることが可能となり、電子機器内部の限られた空間に対する積層型モジュールの取り付け箇所に関する自由度が向上し結果として電子機器の小型化にも寄与できる。
［第２の実施の形態］

図４は、本発明に係る積層型モジュールの第２の実施の形態を示す断面図である。また、図５（ａ）は、本発明の第２の実施の形態の積層型モジュールに用いられる第１の絶縁シートを示す平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図である。
本実施の形態の積層型モジュールは、図４に示すように、フレキシブル基板１上に搭載された半導体デバイス３ａの背面および側面が、図５に示す第１の絶縁シート４ａの有天井開口１１ａにより覆われているという点で、図１に示した第１の実施の形態の積層型モジュールとは異なっている。本実施の形態の積層型モジュールの他の構成は、図１に示した積層型モジュールの構成と同じであるので、図４および図５に示した構成部材のうちの有天井開口１１ａ以外の構成部材については、図１ないし図３で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
第１の絶縁シート４ａの有天井開口１１ａは、半導体デバイス３ａのフレキシブル基板１上への取り付け高さに相応した深さを有する。
本実施の形態の構造は、
（ａ）フレキシブル基板上へ搭載される半導体デバイスの取り付け高さがそれぞれ異なり、かつ機能特性上などの問題により、それぞれの半導体デバイスの背面に研磨などの加工を加え、全ての部品の取り付け高さを同一平面上に揃えることができない場合、
（ｂ）機能特性上などの問題により、フレキシブル基板上へ搭載される一部或いは全ての半導体デバイスの背面への絶縁処理を施すことができず、一部或いは全ての半導体デバイスの背面に電極パターンや配線パターンの形成が困難な場合、
（ｃ）フレキシブル基板上に搭載される一部或いは全ての半導体デバイスの振動や衝撃などに対する耐性が著しく弱く、半導体デバイスの背面まで含めた保護が必要とされる場合、
に用いられて好適である。
［第３の実施の形態］

図６は、本発明に係る積層型モジュールの第３の実施の形態を示す断面図である。また、図７（ａ）は、本発明の第３の実施の形態の積層型モジュールに用いられる第２の絶縁シートを示す平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ線での断面図である。
本実施の形態の積層型モジュールは、第１の絶縁シート４ａ上に搭載された半導体デバイス３ｄの背面および側面が、図７に示す第２の絶縁シート４ｂの有天井開口１１ｄにより覆われているという点で、図１に示した第１の実施の形態の積層型モジュールと異なっている。本実施の形態の積層型モジュールの他の構成は、図１に示した積層型モジュールの構成と同じであるので、図６および図７に示した構成部材のうちの有天井開口１１ｄ以外の構成部材については、図１ないし図３で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
第２の絶縁シート４ｂの有天井開口１１ｄは、半導体デバイス３ｄの第１の絶縁シート４ａ上への取り付け高さに相応した深さを有する。
本実施の形態の構造は、
（ａ）第１の絶縁シート上へ搭載される半導体デバイスの取り付け高さがそれぞれ異なり、かつ機能特性上などの問題により、それぞれの半導体デバイスの背面に研磨などの加工を加え、全ての部品の取り付け高さを同一平面上に揃えることができない場合、
（ｂ）機能特性上などの問題により、第１の絶縁シート上へ搭載される一部或いは全ての半導体デバイスの背面への絶縁処理を施すことができず、一部或いは全ての半導体デバイスの背面に電極パターンや配線パターンの形成が困難な場合、
（ｃ）第１の絶縁シート上に搭載される一部或いは全ての半導体デバイスの振動や衝撃などに対する耐性が著しく弱く、半導体デバイスの背面まで含めた保護が必要とされる場合、
に用いられて好適である。
［第４の実施の形態］

図８は、本発明に係る積層型モジュールの第４の実施の形態を示す断面図である。
本実施の形態の積層型モジュールは、フレキシブル基板１上に搭載された半導体デバイス３ａの背面および側面が図５に示した第１の絶縁シート４ａの有天井開口１１ａにより覆われ、かつ第１の絶縁シート４ａ上に搭載された半導体デバイス３ｄの背面および側面が図７に示した第２の絶縁シート４ｂの有天井開口１１ｄにより覆われているという点で、図１に示した第１の実施の形態の積層型モジュールとは異なっている。本実施の形態の積層型モジュールの他の構成は、図１に示した積層型モジュールの構成と同じであるので、図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
本実施の形態の構造は、
（ａ）フレキシブル基板および第１の絶縁シート上へ搭載される半導体デバイスの取り付け高さがそれぞれ異なり、かつ機能特性上などの問題により、それぞれの半導体デバイスの背面に研磨などの加工を加え、全ての部品の取り付け高さを同一平面上に揃えることができない場合、
（ｂ）機能特性上などの問題により、フレキシブル基板および第１の絶縁シート上へ搭載される一部或いは全ての半導体デバイスの背面への絶縁処理を施すことができず、一部或いは全ての半導体デバイスの背面に電極パターンや配線パターンの形成が困難な場合、
（ｃ）フレキシブル基板および第１の絶縁シート上に搭載される一部或いは全ての半導体デバイスの振動や衝撃などに対する耐性が著しく弱く、半導体デバイスの背面まで含めた保護が必要とされる場合、
に用いられて好適である。
［第５の実施の形態］

図９は、本発明に係る積層型モジュールの第５の実施の形態を示す断面図である。
本実施の形態の積層型モジュールは、フレキシブル基板１上に搭載された半導体デバイス３ａおよび３ｃの背面および側面が第１の絶縁シート４ａの有天井開口１１ａ、１１ｃにより覆われ、かつ、フレキシブル基板１上に搭載された半導体デバイス３ｂの背面には配線パターンおよび電極パッドが形成されておらず、かつ、フレキシブル基板１および第１、第２の絶縁シート４ａ、４ｂを貫通するスルーホール５の内壁面に連続した層間接続導電膜が形成されている点で、図１に示した第１の実施の形態の積層型モジュールとは異なっている。本実施の形態の積層型モジュールの他の構成は、図１に示した積層型モジュールの構成と同じであるので、図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
本実施の形態の構造は、
（ａ）フレキシブル基板上へ搭載される半導体デバイスの取り付け高さがそれぞれ異なり、かつ機能特性上などの問題により、それぞれの半導体デバイスの背面に研磨などの加工を加え、全ての部品の取り付け高さを同一平面上に揃えることができない場合、
（ｂ）機能特性上などの問題により、フレキシブル基板へ搭載される一部或いは全ての半導体デバイスの背面への絶縁処理を施すことができず、一部或いは全ての半導体デバイスの背面に電極パターンや配線パターンの形成が困難な場合、
（ｃ）フレキシブル基板上に搭載される一部或いは全ての半導体デバイスの振動や衝撃などに対する耐性が著しく弱く、半導体デバイスの背面まで含めた保護が必要とされる場合、
に用いられて好適である。
［積層型モジュール（第１の実施の形態）の製造方法］

図１０Ａ（ａ）〜図１０B（ｅ）は、本発明の第１の実施の形態に係る積層型モジュールの製造方法の一例を工程順に示す断面図である。図１１は、本実施の形態の積層型モジュールの製造方法の一部を成す第１の導電性材料の供給方法を概略的に示す断面図である。図１２は同じく本実施の形態の積層型モジュールの製造方法の一部を成す第２の導電性材料の供給方法を概略的に示す断面図である。さらに、図１３（ａ）は、図１２に示す第２の導電性材料の供給方法によってデバイス搭載用の電極パッド、配線パターンおよびランドが描画された後の状態を示す平面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＥ−Ｅ線での断面図である。並びに断面図である。
図１０に示す製造方法の第１の工程〔図１０Ａ（ａ）〕は、フレキシブル基板１上に半導体デバイスを搭載し、フレキシブル基板１裏面に配された複数の外部接続電極２上に第１の導電性材料１２を供給する工程である。まず、裏面に外部接続電極２が、表面に配線パターンおよび電極パッド（図示なし）が形成され、外部接続電極２形成箇所にスルーホールが開設されたフレキシブル基板１に、フリップチップボンディング方式により半導体デバイス３ａ、３ｂおよび３ｃを搭載する。半導体デバイスがＣＳＰタイプのデバイスである場合には、外部端子ははんだボールなどからなるバンプ電極が用いられ、ベアチップである場合には、はんだボールや他の金属（例えばＡｕ）からなるバンプにより外部端子が形成される場合が多いが、いずれの場合であっても通常行われているボンディング法を用いて搭載される。次に、図１１に示すように、半導体デバイスが搭載されたフレキシブル基板１を基板台１３上に載置し、固定する。そして、フレキシブル基板１の外部接続電極２に対して、シリンジ１４およびその先端に取り付けられたノズル１５を介して第１の導電性材料１２を供給し（いわゆるディスペンス法）、フレキシブル基板１のスルーホール内壁に層間接続導電膜９ａを形成する。外部接続電極２上への第１の導電性材料１２の供給量は、フレキシブル基板１のスルーホールと外部接続電極２の間で必要とされる接着強度および導通特性に応じて決定され、その量はシリンジ１４に供給される空気圧並びにノズル１５の内径の選択によって制御することができる。ここで、スルーホール内全体を第１の導電性材料１２で満たすようにしてもよい。また第１の導電性材料１２は、ディスペンス装置の制御部（図示なし）に予め入力された外部接続電極２のＸＹ座標データに基づき、シリンジ１４もしくは基板台１３が順次移動し、吐出される自動方式、或いは人手により順次外部接続電極２に吐出する手動方式のいずれによっても供給が可能である。第１の導電性材料としては、低温での焼結が可能な、ナノサイズの金属微粒子を含むナノペーストが有利に用いられる。

図１０に示す製造方法の第２の工程〔図１０Ａ（ｂ）〕は、外部接続電極２上に第１の導電性材料１２が供給されたフレキシブル基板１上に、第１の絶縁シート４ａを載置する工程と、フレキシブル基板１のスルーホール内に塗布された第１の導電性材料１２を加熱により焼結・硬化させる工程とを含んでいる。第１の絶縁シート４ａは、先に説明した柔軟性を有する材料によって形成されるものであり、半導体デバイス３ａ〜３ｃの取り付け高さと同等の膜厚を有するシートに穴あけ加工を施すことによって形成される。あるいはモールディングによって形成してもよい。
この第１の絶縁シート４ａを、これに形成されたスルーホール５ａと貫通開口６ａ、６ｂ、６ｃをそれぞれフレキシブル基板１のスルーホールと半導体デバイス３ａ、３ｂ、３ｃに位置合わせして、フレキシブル基板１上に載置し、次いで加熱を行う。ここで加熱は、所定温度に昇温されたオーブンに一定時間静置する方法、或いは所定温度に昇温された炉内をコンベアベルトにて搬送する方法などを用いることができるが、第１の導電性材料１２の焼結・硬化特性や半導体デバイス３ａ、３ｂ、３ｃの耐熱性などに考慮した加熱手段を選択することが望ましい。

図１０に示す第３の工程〔図１０Ａ（ｃ）〕は、第１の絶縁シート４ａ上、第１の絶縁シート４ａの貫通開口６ａ、６ｂ、６ｃから露出した半導体デバイス３ａ、３ｂ、３ｃの背面および第１の絶縁シート４ａのスルーホール５ａに対して、第２の導電性材料１６からなる電極パッド７および配線パターン８を一括して描画する工程である。この工程では、第２の工程〔図１０Ａ（ｂ）〕を経て積層されたフレキシブル基板１と第１の絶縁シート４ａを、図１２に示すように、基板受け治具１７上に載置して、固定し、その上面に所望の電極パッド、配線パターンやランドに応じた開口を有する印刷マスク１８を合わせ置き、さらに印刷マスク１８の上面に供給した第２の導電性材料１６を印刷スキージ１９によって印刷マスク１８の開口より刷り込み、第１の絶縁シート４ａ上、第１の絶縁シート４ａの貫通開口６ａ、６ｂ、６ｃから露出した半導体デバイス３ａ、３ｂ、３ｃの背面および第１の絶縁シート４ａのスルーホール５ａに、電極パッド７、配線パターン８、ランド１０および層間接続導電膜９ｂを形成する。形成された導電膜パターンを図１３に示す。
第２の導電性材料１６の供給量は、スルーホール５ｂとスルーホール５ｂの間や電極パッド７と半導体デバイス３ｄ、３ｅの外部端子（図示なし）の間で必要とされる接続強度や導通特性、さらには層間接続導電膜９ｂに必要とされる膜厚および配線パターン８に必要とされる膜厚と線幅によって決定され、印刷マスク１８の開口寸法および板厚に加え、印刷時の印刷スキージ１９の印圧やスピードなどにより制御することができる。層間接続導電膜９ｂは、スルーホール５ａを充填する導電膜であってもよい。

図１０に示す第４の工程〔図１０Ｂ（ｄ）〕は、第３の工程〔図１０Ａ（ｃ）〕を経て描画された電極パッド７上に半導体デバイス３ｄ、３ｅを搭載する工程である。この工程は、電極パッド７と半導体デバイス３ｄ、３ｅの外部端子を電気的に接続する工程ではなく、単に接触させるだけの工程である。なお、半導体デバイス３ｄ、３ｅは、その外部端子も含めて、第２の導電材料の焼結・硬化のための熱処理に耐えるものである必要がある。

図１０に示す第５の工程〔図１０Ｂ（ｅ）〕は、第１の絶縁シート４ａ上に第２の絶縁シート４ｂを載置する工程と、加熱により第２の導電性材料１６を焼結・硬化させる工程とを含んでいる。第２の絶縁シート４ｂは、第１の絶縁シート４ａと同様の材料を用いて形成されるものであり、半導体デバイス３ｄ、３ｅの取り付け高さとほぼ同じ膜厚を有するシートに、図３に示すように、貫通開口６ｄ、６ｅおよびスルーホール５ｂを開設して形成する。また、モールディングによって形成してもよい。貫通開口６ｄ、６ｅの寸法は、第１の絶縁シート４ａの貫通開口６ａ、６ｂ、６ｃの場合と同様に、半導体デバイス３ｄ、３ｅの寸法と同じかこれより幾分小さくする。なお、第２の絶縁シート４ｂ上に配線パターンを形成したり、さらに半導体デバイスを搭載するのでない場合には、スルーホール５ｂは必ずしも開ける必要はない。
図３に示すように加工された第２の絶縁シート４ｂを、第１の絶縁シート４ａおよび半導体デバイス３ａ、３ｂ、３ｃ上に、第２の絶縁シート４ｂに形成されたスルーホール５ｂと貫通開口６ｄ、６ｅをそれぞれ第１の絶縁シート４ａのスルーホール５ａと半導体デバイス３ｄ、３ｅに位置合わせして載置する。次いで、加熱を行って第２の導電性材料１６を焼結・硬化させ、配線パターン８、ランド１０の形成、電極パッド７と半導体デバイス３ｄ、３ｅの外部端子との接続およびスルーホール５ａの層間接続導電膜９ａとスルーホール５ｂの層間接続導電膜９ｂとの接続を一括して行う。これにより、電気回路が導通した積層型モジュールを完成させることができる。ここで加熱は、所定温度に昇温されたオーブンに一定時間静置する方法、或いは所定温度に昇温された炉内をコンベアベルトにて搬送する方法などを用いることができるが、第２の導電性材料１６の焼結・硬化特性や半導体デバイス３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅの耐熱性などに考慮した加熱手段を選択することが望ましい。
また第１の導電性材料１２および第２の導電性材料１６は、それぞれはんだ或いは銀、金、銅などの金属微粒子を含む導電性ペーストなどから選択されるが、各層間接続や半導体デバイス接続さらには配線パターンを構成する上で、電気抵抗や熱伝導などの特性を満足するものであれば、第１の導電性材料１２と第２の導電性材料１６が同一材料であっても別段支障はない。
さらに、本実施の形態においては、フレキシブル基板１の上に第１の絶縁シート４ａおよび第２の絶縁シート４ｂの２枚の絶縁シートを積層することで構成される積層型モジュールの製造方法を示したが、図１０Ａ（ｃ）以降の工程を繰り返し、複数枚の絶縁シートを積層し、さらに多層の積層型モジュールを構成することも可能である。
以上、説明した積層型モジュールの製造方法によれば、例えば、第１の絶縁シート４ａ上、第１の絶縁シート４ａの貫通開口６ａ、６ｂ、６ｃから露出した半導体デバイス３ａ、３ｂ、３ｃの背面および第１の絶縁シート４ａのスルーホール５ａへの電極パッド７、配線パターン８、ランド１０および層間接続導電膜９ｂの描画を印刷法にて一括して行うため、積層型モジュールの製造タクト短縮に寄与できるばかりでなく、印刷マスク１８の開口パターンに変更を加えることにより、容易に異なる電極パッドや配線パターンなどを描画・形成することが可能であり、積層型モジュールの設計変更や機能追加などに短期間かつ低コストで対応することができる。
尚、上記は先に図１で示した第１の実施の形態積層型モジュールの製造方法を説明したものであるが、図４（第２の実施の形態）、図６（第３の実施の形態）、図８（第４の実施の形態）で示したそれぞれの構造を持つ積層型モジュールのいずれも本実施の形態の製造方法を用いて製造することができる。
［積層型モジュール（第５の実施の形態）の製造方法］

図１４Ａ（ａ）〜図１４Ｂ（ｆ）は、本発明の第５の実施の形態の積層型モジュールの製造方法の一例を示す断面図である。図１５（ａ）は、図１４Ａ（ｂ）の工程終了後の状態を示す平面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＦ−Ｆ線での断面図である。
図１４に示す製造方法の第１の工程〔図１４Ａ（ａ）〕は、フレキシブル基板１上に半導体デバイスを搭載する工程である。まず、裏面に外部接続電極２が、表面に配線パターンおよび電極パッド（図示なし）が形成されたフレキシブル基板１に、フリップチップボンディング方式により半導体デバイス３ａ、３ｂおよび３ｃを搭載する。このフリップチップボンディングは、図１０Ａ（ａ）を参照して説明した先の製造方法と同様である。ここで、本実施の形態の場合には、半導体デバイス３ａおよび３ｃの取り付け高さは、半導体デバイス３ｂのそれより低くなされている。

図１４に示す製造方法の第２の工程〔図１４Ａ（ｂ）〕は、半導体デバイス３ａ〜３ｃが搭載されたフレキシブル基板１上に第１の絶縁シート４ａを載置する工程と、第１の絶縁シート４ａ上に配線パターン等を形成する工程とを含んでいる。第１の絶縁シート４ａには、半導体デバイス３ａ、３ｃを収容できる有天井開口１０ａ、１０ｃ、および半導体デバイス３ｂを収容できる貫通開口６ｂが形成されている。第１の絶縁シート４ａの膜厚は半導体デバイス３ｂの取り付け高さと同じであり、有天井開口１０ａ、１０ｃの深さは半導体デバイス３ａ、３ｃの取り付け高さと同じである。第１の絶縁シート４ａは、半導体デバイス３ｂの取り付け高さと同じ膜厚のシートに穴あけおよびざぐり加工を施すことによって形成できる。あるいはモールディングによって形成してもよい。この第１の絶縁シート４ａの裏面全面若しくは一部に接着剤を塗布し、フレキシブル基板１上に第１の絶縁シート４ａを載置し、接着する。次に、第１の絶縁シート４ａ上に導電性材料を印刷、塗布して電極パッド７、配線パターン８およびランド１０を一括して描画し、熱処理して導電性材料を焼結・硬化させる。この熱処理に当たっては、導電性材料の焼結・硬化特性や半導体デバイス３ａ、３ｂ、３ｃの耐熱性などに考慮した加熱手段を選択することが望ましい。
図１５（ａ）、（ｂ）に示されるように、本実施の形態においては、半導体デバイスの背面には配線パターンや電極パッドは形成されない。半導体デバイスの背面に配線パターンなどを形成した場合には半導体デバイスの電気的特性が劣化するときや、絶縁シートから半導体デバイスの背面に渡って連続的に配線パターンの形成した場合には配線パターンの信頼性が確保できないときには、本実施の形態のように半導体デバイスの背面を避けて配線パターンが形成される。

図１４に示す製造方法の第３の工程〔図１４Ａ（ｃ）〕は、第１の絶縁シート４ａ上に形成された電極パッド上に半導体デバイス３ｄ、３ｅを搭載する工程と、第１の絶縁シート４ａ上に第２の絶縁シート４ｂを載置し、接着する工程とを含んでいる。半導体デバイス３ｄ、３ｅは、第１の絶縁シート４ａ上にフリップチップボンディングされるが、はんだリフローによりボンディングを行うものであることが望ましい。第１の絶縁シート４ａが柔軟性に富むものであるため熱圧着を行うことが困難であるからである。第１の絶縁シート４ａ上に載置される第２の絶縁シート４ｂは、半導体デバイス３ｄ、３ｅの取り付け高さと同じ膜厚のシートに半導体デバイス３ｄ、３ｅを収容するための貫通開口６ｄ、６ｅを開設したものである。第２の絶縁シート４ｂの裏面全面若しくは一部に接着剤を塗布した後、第１の絶縁シート４ａ上に第２の絶縁シート４ｂを載置し、接着する。

次に、図１４Ｂ（ｄ）に示すように、フレキシブル基板１の裏面と、第２の絶縁シート４ｂおよび半導体デバイス３ｄ、３ｅの露出面とに、保護膜２０ａ、２０ｂを形成し、続いて、図１４Ｂ（ｅ）に示すように、孔明けを行って、第２の絶縁シート４ｂ、第１の絶縁シート４ａおよびフレキシブル基板１に貫通するスルーホール５を、フレキシブル基板１上に形成された外部接続電極２および第１の絶縁シート４ａ上のランド１０を貫通する位置に形成する。そして、洗浄、活性化処理を行って、スルーホール５内壁面に金属パラジウム（図示なし）を付着させる。続いて、図１４Ｂ（ｆ）に示すように、保護膜２０ａ、２０ｂを剥離・除去した後、無電解めっきを行ってスルーホール５内壁面に、外部接続電極２およびランド１０に電気的に接続された層間接続導電膜９を形成する。

以上、好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、外部接続電極は、実施の形態ではスルーホールの直下に形成されていたが、このようにする必要はなく、外部接続電極をフレキシブル基板の中央部にも配置されるようにし、スルーホールから配線パターンを介して外部接続電極に電気的な接続が図られるようにしてもよい。また、外部接続電極は、最上層の絶縁シート上に設けるようにしてもよい。さらに、実施の形態では、スルーホールは、基板や絶縁シートの２周辺部に形成されていたが、４辺の周辺部に形成されるようにしても、あるいは、基板や絶縁シートの内部領域内に形成されるようにしてもよい。

本発明の積層型モジュールの第１の実施の形態を示す断面図。 図１に示される第１の実施の形態の積層型モジュールに用いられる第１の絶縁シートを示す平面図および断面図。 図１に示される第１の実施の形態の積層型モジュールに用いられる第２の絶縁シートを示す平面図および断面図。 本発明の積層型モジュールの第２の実施の形態を示す断面図。 図４に示される第２の実施の形態の積層型モジュールに用いられる第１の絶縁シートを示す平面図および断面図。 本発明の積層型モジュールの第３の実施の形態を示す断面図。 図６に示される第３の実施の形態の積層型モジュールに用いられる第２の絶縁シートを示す平面図および断面図。 本発明の積層型モジュールの第４の実施の形態を示す断面図。 本発明の積層型モジュールの第５の実施の形態を示す断面図。 図１に示される第１の実施の形態の積層型モジュールの製造方法を工程順に示す断面図（その１）。 図１に示される第１の実施の形態の積層型モジュールの製造方法を工程順に示す断面図（その２）。 本発明の第１の実施の形態の積層型モジュールの製造方法に用いられるディスペンス法を示す断面図。 本発明の第１の実施の形態の積層型モジュールの製造方法に用いられる印刷法を示す断面図。 本発明の第１の実施の形態の積層型モジュールの製造方法において、印刷法により第１の絶縁シートに導電性材料が印刷された状態を示す平面図および断面図。 図９に示される第５の実施の形態の積層型モジュールの製造方法を工程順に示す断面図（その１）。 図９に示される第５の実施の形態の積層型モジュールの製造方法を工程順に示す断面図（その２）。 本発明の第５の実施の形態の積層型モジュールの製造方法において、印刷法により第１の絶縁シートに導電性材料が印刷された後の状態を示す平面図および断面図。

符号の説明

１ フレキシブル基板
２ 外部接続電極
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ 半導体デバイス
４ａ 第１の絶縁シート
４ｂ 第２の絶縁シート
５、５ａ、５ｂ スルーホール
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ 貫通開口
７ 電極パッド
８ 配線パターン
９、９ａ、９ｂ 層間接続導電膜
１０ ランド
１１ａ、１１ｃ、１１ｄ 有天井開口
１２ 第１の導電性材料
１３ 基板台
１４ シリンジ
１５ ノズル
１６ 第２の導電性材料
１７ 基板受け治具
１８ 印刷マスク
１９ 印刷スキージ
２０ａ、２０ｂ 保護膜

Claims (17)

1. 上側表面に配線パターンおよび電極パッドが形成され、かつ前記電極パッド上に半導体デバイスが搭載された、曲げ弾性率が４００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下である絶縁シートを、半導体デバイスが搭載されたフレキシブル基板上に１ないし複数枚積層した積層型モジュールであって、前記絶縁シートの表面から露出している前記半導体デバイスの背面の高さと前記絶縁シートの表面の高さとがほぼ一致していることを特徴とする積層型モジュール。
2. 前記絶縁シートには、下層に存在するフレキシブル基板上或いは絶縁シート上に搭載された半導体デバイスを収容する貫通孔、または、貫通孔および有天井開口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型モジュール。
3. 上側表面に配線パターンおよび電極パッドが形成され、かつ前記電極パッド上に半導体デバイスが搭載された、フレキシブル基板の材料より柔軟性の高い材料からなる絶縁シートを、半導体デバイスが搭載されたフレキシブル基板上に１ないし複数枚積層した積層型モジュールであって、前記絶縁シートには、下層に存在するフレキシブル基板上或いは絶縁シート上に搭載された半導体デバイスを収容する貫通孔、または、貫通孔および有天井開口が形成されており、前記絶縁シートの表面から露出している前記半導体デバイスの背面の高さと前記絶縁シートの表面の高さとがほぼ一致していることを特徴とする積層型モジュール。
4. 前記絶縁シートの曲げ弾性率が４００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項３に記載の積層型モジュール。
5. 前記絶縁シートおよび前記フレキシブル基板を貫通して導電化されたスルーホールが設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の積層型モジュール。
6. 前記導電化されたスルーホールは、前記フレキシブル基板の裏面に形成された外部接続電極および前記絶縁シート上に形成された配線パターンと接続されていることを特徴とする請求項５に記載の積層型モジュール。
7. 前記絶縁シートの表面から、前記露出している半導体デバイスの背面に渡って連続して配線パターンが形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の積層型モジュール。
8. （１）配線パターンおよび半導体デバイス搭載用の電極パッドが形成されたフレキシブル基板上にフリップチップボンディング方式にて半導体デバイスを搭載する工程と、
   （２）前工程で搭載された半導体デバイスを収容する貫通孔、または、貫通孔および有天井開口を有し、フレキシブル基板の材料より柔軟性の高い材料からなる絶縁シートを、該半導体デバイスおよび下層の配線パターンを覆うように載置する工程と、
   （３）前工程で載置された絶縁シート上に配線パターンおよび半導体デバイス搭載用の電極パッドを形成する工程と、
   （４）前工程で配線パターンおよび電極パッドが形成された絶縁シート上にフェースダウンにて半導体デバイスを搭載する工程と、
   を有し、必要に応じて前記第（２）の工程から前記第（４）の工程までを繰り返し行うことを特徴とする積層型モジュールの製造方法。
9. 最上層の半導体デバイスを搭載した後、前記第（２）の工程を行うことを特徴とする請求項８に記載の積層型モジュールの製造方法。
10. 前記フレキシブル基板の裏面には外部接続用の外部接続電極が形成されており、かつ、前記フレキシブル基板にはこれを貫通するスルーホールが形成されており、該スルーホールを導電化するための工程が付加されることにより導電化されたスルーホールと前記外部接続電極とが接続されることを特徴とする請求項８に記載の積層型モジュールの製造方法。
11. 前記スルーホールを導電化するための工程が導電性材料をディスペンス法を用いて供給することによって行うことを特徴とする請求項１０に記載の積層型モジュールの製造方法。
12. 前記絶縁シートには、前記フレキシブル基板のスルーホールに該当する位置にスルーホールが設けられており、前記第（３）の工程においては当該絶縁シートのスルーホールをも同時に導電化することを特徴とする請求項１０または１１に記載の積層型モジュールの製造方法。
13. 前記第（３）の工程が、スクリーン印刷法にて導電性材料を塗布することによって行われることを特徴とする請求項８から１２のいずれかに記載の積層型モジュールの製造方法。
14. 前記第（３）の工程においては、当該絶縁シートの表面から露出している半導体デバイスの背面にも当該絶縁シートの表面から連続した配線パターンが形成されることを特徴とする請求項８から１３のいずれかに記載の積層型モジュールの製造方法。
15. 前記フレキシブル基板の裏面には外部接続用の外部接続電極が形成されており、最上層の絶縁シートが載置された後、全ての絶縁シートおよび前記フレキシブル基板にスルーホールを形成し、該スルーホールに前記外部接続電極に接続された導電層を形成することを特徴とする請求項８、９、１３または１４のいずれかに記載の積層型モジュールの製造方法。
16. 前記絶縁シートがフッ素系樹脂により形成されていることを特徴とする請求項８から１５のいずれかに記載の積層型モジュールの製造方法。
17. 前記絶縁シートが、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体またはテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体により形成されていることを特徴とする請求項８から１５のいずれかに記載の積層型モジュールの製造方法。

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