JP5384700B2 - デバイス実装構造およびデバイス実装構造の製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、2009年10月23日に、日本に出願された特願2009−244395号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
この問題を解決するために、基板の主面と垂直な方向に対して傾けて形成されている貫通配線を備えた貫通配線基板が特許文献1に開示されている。
しかしながら、基板の主面と垂直な方向に対して傾けて形成されている貫通配線を備えた貫通配線基板では、高い位置精度で前記開口部を設けることが困難なことがある。例えば、図17に示すように、貫通配線基板の製造に用いる基板の元の厚さにばらつきがある場合や、該基板の研磨工程における加工精度による厚さのばらつきが生じた場合に、貫通配線基板の厚みが当初の設計した厚さT1ではなく、厚さT2又は厚さT3となることがある。このとき、当該貫通配線の基板の幅方向の長さは、当初の設計した長さL1ではなく、長さL2又は長さL3となってしまう。この場合、図17に示す主面112において、複数の貫通配線による複数の開口部115の相対的な位置関係もずれてしまう。この結果、該主面112に実装すべきデバイスの電極配置と、それに接続すべき該主面112に設けられた開口部115の配置とが、許容範囲以上にずれてしまうことがある。
前記第1のデバイスの複数の電極と前記第2のデバイスの複数の電極とが、前記複数の前記貫通配線の端と整合する位置に配されていることが望ましい。
二つの前記直線部分に対して傾いて延びる部分が、直線状であってもよい。
二つの前記直線部分に充填又は成膜された導体と、二つの前記直線部分に対して傾いて延びる部分に充填又は成膜された導体と、が一体をなしていてもよい。
また、前記課題を解決するため、本発明は以下を採用している。すなわち、本発明の第一の態様に係るデバイス実装構造の製造方法は、基板に形成された貫通孔に導体を充填又は成膜した貫通配線を有する貫通配線基板を介して、電極配置が互いに異なる第1のデバイスおよび第2のデバイスを各々配置し、前記第1のデバイスと前記第2のデバイスとを電気的に接続するデバイス実装構造の製造方法であって、前記基板にレーザー光を照射することにより、一端と他端とを有する改質部を形成する工程A1と、前記改質部が形成された領域に貫通孔を形成する工程A2と、前記貫通孔に導体を充填又は成膜して貫通配線を形成する工程A3と、前記第1のデバイスを前記基板の一方の主面側に配置して接合するとともに、前記第2のデバイスを前記基板の他方の主面側に配置して接合することにより、前記第1のデバイスの複数の電極と前記第2のデバイスの複数の電極とを、複数の前記貫通配線を介して電気的に接続する工程A4とを有し、前記工程A1は、該複数の前記貫通配線をなす各々の前記貫通孔となる前記改質部に、前記一方の主面に対して垂直に揃って開口する直線部分を設けるステップと、前記他方の主面に対して垂直に揃って開口する直線部分を設けるステップと、両者の直線部分に対して傾いて延び、両者の直線部分を連結する部分を設けるステップとからなり、前記基板の厚みが、想定した厚みより厚い場合に、前記工程A1、A2、又はA3の後に、前記直線部分が設けられた側の主面を物理的又は化学的手段を用いて研磨することにより、前記直線部分の範囲において、前記基板の厚みが想定した厚みとなるまで薄くする。
前記工程A4において、前記第1のデバイスの電極を前記貫通配線の一端に位置整合させ、前記第2のデバイスの電極を前記貫通配線の他端に位置整合させることが望ましい。
また、前記基板は石英ガラスからなっていてもよい。
また、前記工程A3は、前記直線部分と前記傾いて延びる部分とに、前記導体を同時に充填又は成膜してもよい。
また、前記工程A1、A2、又はA3の後に、前記直線部分が設けられた側の主面を物理的又は化学的手段を用いて研磨することにより、前記直線部分の範囲において、前記基板の厚みを薄くしてもよい。
図1A〜3に本発明の一形態例に係るデバイス実装構造を示す。このデバイス実装構造は、単体の基板10と、この基板10の一方の主面(以下「第1主面」という。)11から他方の主面(以下「第2主面」という。)12に向けて基板10を貫通する複数の貫通孔13の内部に形成された貫通配線16とを有する貫通配線基板19と;複数の電極3を有してかつ、これら電極3が第1主面11に対向するように配置された第1のデバイス1と;第1のデバイス1の各電極3の配置とは配置が異なる複数の電極4を有してかつ、これら電極4が第2主面に対向するように配置された第2のデバイス2と;を備え、各貫通孔13は、第1主面11の、第1のデバイス1の電極3と対応する位置に設けられた第1の導通部214と、第2主面12の、第2のデバイス2の電極4と対向する位置に設けられた第2の導通部215とを有し、第1のデバイス1の各電極3は、第1の導通部214に電気的に接続され、第2のデバイス2の各電極4は、第2の導通部215に電気的に接続されている。
貫通孔13は、屈曲部41から第1主面11及び第2主面のうち少なくとも片方の主面に対して垂直に揃って開口する直線部分41aと、屈曲部41から第1主面11及び第2主面12のうち他の片方の主面に対して傾いて延びる部分とを有する。
なお、垂直に延びて開口する直線部分41aに充填又は成膜された導体と、傾いて延びた部分に充填又は成膜される導体とは、一体である。
屈曲部41の形状は、基板の厚み方向に沿った断面の形状が角を有するものであってもよく、角を有さない略円弧状のものであってもよい。
まず、図4Aに示すように、後述するレーザー法等により、後に貫通孔13となる領域に改質部46を形成する(工程A1)。改質部46の一端は、後に貫通孔13の開口部14となる。改質部46の他端は、後に貫通孔13の開口部15となる。改質部46は、屈曲部41を有し、該他端から屈曲部41まで延びた直線部分41aと、屈曲部41から該一端まで延びた、第1主面11及び第2主面12に対して傾いて延びた部分とからなる。直線部分41aは、第2主面12に対して垂直な方向、すなわち基板10の厚み方向、に延びている。また、屈曲部41は、第2主面12からt1の深さに位置する。すなわち、直線部分41aの長さは、t1である。
つづいて、後述するめっき法等により、貫通孔13に導体を充填又は成膜して、図4Cに示すように、第1主面11側に露出する第1の導通部114と前記2主面12側に露出する第2の導通部115とを有する貫通配線16を形成する(工程A3)。なお、前記工程A3においては、直線部分41aと傾いて延びる部分とに、導体を同時に充填又は成膜することができる。
そして、例えば機械的研磨法等により、直線部分41aが形成された側の主面である第2主面12側から基板10を研磨して、直線部分41aの範囲において、基板10を所望の厚さにする(工程A5)。このとき、開口部15において第2主面12に露出する前記導体が、研磨によって該第2主面12とともに平坦化される。また、直線部分41aの長さt1は、研磨によって短くなり、t1’となる。その結果、図4Dに示す貫通配線基板19が得られる。
また、基板10に厚みの変動が生じる別の場合として、例えば基板10の元の厚みが想定した厚みよりも厚かった場合、又は基板10の研磨が想定よりも進まなかった場合には、製造された貫通配線基板19の厚みは想定した厚みT1ではなく、T3になることがある(図4D参照)。この場合であっても、貫通配線基板19には、直線部分41が存在するために、第2主面12における開口部15の位置は変動しない。よって、後述の工程A4において、第2のデバイス2の電極4と該導通部215との接続を精度良く、確実に、歩留まり良く行うことができる。
工程A3の後に工程A5を行った場合は、開口部15において第2主面12に露出する前記導体が、研磨によって該第2主面12とともに平坦化されるので好ましい。
また、工程A1の後に工程A5を行った場合は、その後の工程A2におけるエッチング処理等の時間と、工程A3における導体の成膜又は充填等の処理時間とを短くすることができる。さらに、工程A3における導体の使用量を減らすことができる。
また、工程A2の後に工程A5を行った場合は、その後の工程A3における導体の成膜又は充填等の処理時間を短くすることができる。さらに、工程A3における導体の使用量を減らすことができる。
なお、図5Bでは、直線部分42aは、第1主面11に対して垂直な方向、すなわち基板10の厚み方向に延びている。また、屈曲部42は、第1主面11からt2’の深さに位置する。すなわち、直線部分42aの長さはt2’である。
また、貫通配線基板19の有する複数の貫通配線16のうちの、個々の貫通配線の前記t1’同士及びt2’同士の長さは、同じであっても異なっていてもよい。
また、本発明に係る貫通配線基板19では、該複数の貫通配線16をなす各々の貫通孔13は、第1主面11及び第2主面12のうちの少なくとも片方の同一主面側に揃って垂直に開口する同じ長さの直線部分41a及び/又は直線部分42aを有することが好ましい。この場合、全ての貫通孔が同一の主面側に同じ長さの直線部分を有するので、基板10の厚みに変動が生じたとしても、該直線部分をもつ貫通孔と該直線部分が無くなってしまった貫通孔とが、該貫通配線基板19において混在することが無い。このため、接続が精度良く、確実に行われる。
なお、貫通孔13の向きは、基板10の主面11,12に対して垂直な方向から見た平面視によるのではなく、基板10の厚さ方向を含めて三次元的に理解される。例えば図2Aで基板10の中心に対して向かい合った貫通孔13同士は、平面視では向きが同じであるが、図3に示すように、三次元的には第1主面11側から第2主面12側に向かう向きが異なっており、互いに非平行である。
なお、電子デバイスの基材と、電子デバイスが実装される基板との間の線膨張係数差が大きい場合には、実装時の温度によって両者の伸び量が大きく異なるため、電子デバイスの電極とこの電極が接続される基板上の導電部との間に位置ずれが生じやすい。この結果、両者間の精度の高い接続が困難になり、又は、両者間の接続そのものが困難になる場合がある。
これに対し、本発明によれば、基板10の材料としてシリコンやガラスを用いることができる。したがって、たとえば、シリコン基材を用いた電子デバイス1,2を基板10の両主面上に実装する場合、上述した線膨張係数差を小さくすることができる。この結果、電子デバイス1,2の電極と基板10上の導通部との位置ずれが抑制され、両者を位置精度良く接続することができる。
なお、貫通配線16は、貫通孔13内部に導体が完全に充填されて成ることが望ましい。
この際、貫通孔内部に導体を完全に充填する方法として、上述しためっき法、スパッタ法、溶融金属充填法、CVD、超臨界成膜法などのうちいずれか一つの方法を採用することができる。または、これらの方法を適宜組み合わせて用いてもよい。特に孔の長さが長く、形状が複雑である場合には、CVDまたは超臨界成膜法などの孔の深部まで成膜できる方法により導体薄膜を形成すればよい。当該導体薄膜をシード層や接着層として、引き続きめっき法や溶融金属充填法により効率的に貫通孔内部に導体を完全充填することができる。
本形態例の場合、図1Bに示すように、第1主面11側で複数のデバイス1が基板10上に積層されている。このように本形態例によれば、さらなる高密度化が可能である。
前記物理的手段としては、細かい粒径の研磨剤を含む研磨液によって機械的に研磨する方法が挙げられる。また、前記化学的手段としては、基板を腐食することができる溶液やガスを用いてエッチングする方法が挙げられる。
例えば、本形態例の場合、各デバイス1,2の電極3,4と貫通配線16との間は、貫通孔13の開口部14,15に設けられた導電性のランド部17,18と、このランド部17,18上に設けられた、導体(はんだや導電性バンプ等)である接合材5,6によって接続されている。本発明においては、ランド部17,18や接合材5,6は省略しても良い。例えば、電極3,4と貫通配線16とを直接はんだなどで接合しても構わない。
また、図6A及び6Bに示す本形態例の第2変形例に係るデバイス実装構造において、第1のデバイス1の電極配置は、十字状に電極3が並ぶ配置であり、第2のデバイス2の電極配置は、デバイス2の周縁部に電極4が並ぶペリフェラル配置である。
また、図7A及び7Bに示す本形態例の第3変形例に係るデバイス実装構造において、第1のデバイス1の電極配置は、周辺部および十字状に電極3が並ぶ格子型配置であり、第2のデバイス2の電極配置は、デバイス2の周縁部に電極4が並ぶペリフェラル配置である。
ここで、符号A1〜A9は、第1のデバイス1の電極3に接続される第1主面11上のランド部17を表す。また、符号B1〜B9は、第2のデバイス2の電極4に接続される第2主面12上のランド部18を表す。また、符号C1〜C9は、A1〜A9とB1〜B9とを各々接続する貫通配線16を表す。
また、本発明は、以上の例示のみに限定されるものではなく、他の電極配置を組み合わせても構わない。
このように、両デバイス1,2の電極3,4が、それぞれのデバイス1,2上でどのような電極配置(レイアウト)になっていようとも、ほぼ最短で電極3,4間を接続することができるため、デバイスの高速化に寄与する。また、ビルドアップ基板のように多層化をすることなく、貫通配線基板19,19’,19A,19B,19Cの内部で配線間のピッチを変換できるため、効率よく両デバイス1,2の電極3,4間を接続することができる。
流路31を、冷却用流体を流通させる流路として用いる場合、図13A〜15Cに示す流路付き貫通配線基板30,30A,30Bの第1主面11側に第1のデバイスを、第2主面12側に第2のデバイスを、それぞれ実装することにより、流路付き貫通配線基板30,30A,30Bを冷却することができる。これにより、第1のデバイス及び/又は第2のデバイスの電極が高密度に配置されている場合であっても、流路付き貫通配線基板30,30A,30Bの温度上昇を効果的に低減することが可能になる。以下、流路31を、冷却用流体を流通させる流路として用いる場合について説明する。
例えば、図13A〜13Cに示すように、流路31が複数本であっても良い。
また、図14Aに示すように、1本の流路31が基板10全体を冷却できるように蛇行していても良い。
また、図15A〜15Cに示すように、流路31の出入口32,33が基板10の主面12に開口されていても良い。
また、流路31のパターン(経路)や断面形状は、以上の例示のみに限定されるものではなく、適宜設計することが可能である。
本形態例において、図13A等に示すように基板10の主面11,12に平行な流路31が平面視で貫通孔13と重なり合っているように見えても、貫通孔13と流路31とは連通していない。すなわち、基板10の厚さ方向における位置が互いにずれていれば、貫通孔13と流路31とがつながり合うことはない。
ここで、前記工程A5は、前記工程A1及びA2と並行して行うと、当該貫通配線基板の製造効率を高められる。この場合の貫通配線基板30の製造方法の一例を、図16A〜16Fに示す。
さらに必要に応じて、図16Fに示すように、貫通配線16の上下にランド部17,18を形成する。ランド部17,18の形成方法は、めっき法、スパッタ法など、適宜用いることができる。
なお、複数の改質部35,36を形成した後に、すべての改質部35,36をエッチングして貫通孔13や流路31として用いられる貫通孔を形成する必要はない。例えば、一部の改質部35,36をその両端にレジスト等の保護層を設けるなどしてエッチングされないよう保護し、エッチングされる改質部35,36を選択することもできる。これにより、必要な位置にのみ貫通孔13や流路31として用いられる貫通孔を形成することができる。
例えば、あらかじめデバイス1,2のすべての電極3,4に対応するように改質部35を形成した後に、デバイス1,2の使用態様などに応じて電極3,4の一部について貫通配線16を設ける必要がなくなった場合には、その貫通配線16が不要な箇所に対応する改質部35をエッチングされないように保護して、貫通孔13を開口しないようにすることもできる。このように、改質部35を形成する段階では一律に改質部35を形成した後に、エッチングする段階で貫通配線16を形成する位置を選択することができるので、改質部35を形成するレーザー光の照射位置の制御が容易になる。
たとえば、改質部35,36の所望の形状に対応するパターンが記録されたホログラムをフェムト秒レーザーと基板との間に配置し、ホログラムを通してレーザー光を基板に照射することにより、基板の内部に所望の形状を有する改質部を一括形成することができる。その後、当該改質部をエッチングすることで、所望の貫通孔(微細孔)及び/又は流路を形成することができる。
11・・・第1主面(一方の主面)、12・・・第2主面(他方の主面)、
13・・・貫通孔、14・・・第1の開口部、15・・・第2の開口部、
16・・・貫通配線、19,19’,19A,19B,19C・・・貫通配線基板、
30,30A,30B・・・流路付き貫通配線基板、31・・・流路、
35,36・・・改質部、41,42・・・屈曲部、41a,42a・・・直線部、
43,46・・・改質部。
Claims (10)
- 基板に形成された貫通孔に導体を充填又は成膜した貫通配線を有する貫通配線基板と、
前記基板の一方の主面側に配置された第1のデバイスと、前記基板の他方の主面側に配置された第2のデバイスとを備え、前記第1のデバイスの電極と前記第2のデバイスの電極とが前記貫通配線を介して電気的に接続されているデバイス実装構造であって、
前記第1のデバイスおよび前記第2のデバイスは、電極配置が互いに異なり、
前記貫通配線の一端は、前記第1のデバイスの複数の電極のうちいずれかの電極と電気的に接続されており、
前記貫通配線の他端は、前記第2のデバイスの複数の電極のうちいずれかの電極と電気的に接続されており、
前記第1のデバイスの複数の電極と前記第2のデバイスの複数の電極とが、複数の前記貫通配線を介して電気的に接続されており、
複数の前記貫通配線をなす各々の前記貫通孔は、前記基板の一方の主面に対して垂直に揃って開口する直線部分と、前記基板の他方の主面に対して垂直に揃って開口する直線部分と、両者の直線部分に対して傾いて延び、両者の直線部分を連結する部分と、を有し、
前記基板の一方の主面に対して垂直に揃って開口する直線部分の長さ、又は前記基板の他方の主面に対して垂直に揃って開口する直線部分の長さは、前記基板の厚みが、想定した厚みより厚い場合に、前記直線部分の範囲において、前記基板の厚みが想定した厚みとなるまで薄くするために、前記基板の厚みの見込まれる変動の大きさよりも長いことを特徴とするデバイス実装構造。 - 前記第1のデバイスの複数の電極と前記第2のデバイスの複数の電極とが、前記複数の前記貫通配線の端と整合する位置に配されていることを特徴とする請求項1に記載のデバイス実装構造。
- 二つの前記直線部分に対して傾いて延びる部分が、直線状であることを特徴とする請求項1または2に記載のデバイス実装構造。
- 二つの前記直線部分に充填又は成膜された導体と、二つの前記直線部分に対して傾いて延びる部分に充填又は成膜された導体と、が一体をなしていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のデバイス実装構造。
- 基板に形成された貫通孔に導体を充填又は成膜した貫通配線を有する貫通配線基板を介して、電極配置が互いに異なる第1のデバイスおよび第2のデバイスを各々配置し、前記第1のデバイスと前記第2のデバイスとを電気的に接続するデバイス実装構造の製造方法であって、
前記基板にレーザー光を照射することにより、一端と他端とを有する改質部を形成する工程A1と、
前記改質部が形成された領域に貫通孔を形成する工程A2と、
前記貫通孔に導体を充填又は成膜して貫通配線を形成する工程A3と、
前記第1のデバイスを前記基板の一方の主面側に配置して接合するとともに、前記第2のデバイスを前記基板の他方の主面側に配置して接合することにより、前記第1のデバイスの複数の電極と前記第2のデバイスの複数の電極とを、複数の前記貫通配線を介して電気的に接続する工程A4とを有し、
前記工程A1は、該複数の前記貫通配線をなす各々の前記貫通孔となる前記改質部に、前記一方の主面に対して垂直に揃って開口する直線部分を設けるステップと、前記他方の主面に対して垂直に揃って開口する直線部分を設けるステップと、両者の直線部分に対して傾いて延び、両者の直線部分を連結する部分を設けるステップとからなり、
前記基板の厚みが、想定した厚みより厚い場合に、
前記工程A1、A2、又はA3の後に、前記直線部分が設けられた側の主面を物理的又は化学的手段を用いて研磨することにより、前記直線部分の範囲において、前記基板の厚みが想定した厚みとなるまで薄くすることを特徴とするデバイス実装構造の製造方法。 - 前記工程A4において、前記第1のデバイスの電極を前記貫通配線の一端に位置整合させ、前記第2のデバイスの電極を前記貫通配線の他端に位置整合させることを特徴とする請求項5に記載のデバイス実装構造の製造方法。
- 前記改質部は、フェムト秒レーザーを用いて形成されることを特徴とする請求項5又は6に記載のデバイス実装構造の製造方法。
- 前記基板は石英ガラスからなることを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載のデバイス実装構造の製造方法。
- 前記工程A3は、前記直線部分と前記傾いて延びる部分とに、前記導体を同時に充填又は成膜することを特徴とする請求項5〜8のいずれか一項に記載のデバイス実装構造の製造方法。
- さらに、前記基板に対し、前記貫通配線をなす前記貫通孔の他に、冷却用流体の流路として用いられる貫通孔を形成する工程A5を有することを特徴とする請求項5〜9のいずれか一項に記載のデバイス実装構造の製造方法。
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