JP4875926B2 - 多層配線板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、多層配線板に関し、特に、半導体素子を内蔵した多層配線板に関する。

近年、配線板に電子部品等の機能部品を付加することが検討されている。例えば、特許文献１及び２には、凹部（キャビティ）に半導体素子（ＩＣチップ）等の電子部品を収納し、その周囲に樹脂を充填して固定した配線板が開示されている。
特開２００２−０５０８７４号公報 特開２００２−０４３７５４号公報

上記特許文献１及び２に開示されているように、半導体素子等を配線板に内蔵することにより、多層配線板の高機能化と高密度化とが可能となる。つまり、半導体素子を内部に収納することにより確保された表層の実装領域に、他の電子部品等を実装することが可能となり、高機能化が可能となる。
また、部品を内蔵することにより、基板自体を小さくすることも可能となり、従来の配線板と比較して、回路を高密度化することができる。

特許文献１及び２に開示された構成では、凹部内の樹脂、樹脂内に残留する空気や湿分が、半導体素子の発生する熱等の要因により、膨張・収縮を繰り返して、凹部内の半導体素子や配線、凹部を形成している各層に応力を加えてしまう。

このような事態が長期間継続すると、例えば、半導体素子と配線板との間の接続部分が劣化してしまう。このため、従来の半導体素子収納タイプの多層配線板では、電気的接続の信頼性を確保するのが難しいという問題があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、電気的接続の信頼性を確保できる半導体素子内蔵型の多層配線板を提供することを目的とする。
また、本発明は、内蔵する半導体素子の発熱による影響を受けにくい多層配線板を提供することを他の目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る多層配線板は、
複数の配線層を備え、内部にキャビティが形成された多層配線基板と、
前記キャビティ内に収容され、封止樹脂で封止されてなる半導体素子と、
前記キャビティ内に空隙が形成されるように部分的に充填され、前記半導体素素子を支持固定する充填樹脂と、
から構成され、
前記充填樹脂は、前記封止樹脂と同様の弾性率を有する弾性樹脂からなり、当該充填樹脂は、前記半導体素子と前記キャビティの内側面及び底面との間に介在することで、前記半導体素子の基板面に平行な方向及び前記半導体素子の基板面に垂直な方向を支持固定する。

前記半導体素子の上面部が前記充填樹脂に埋められ、前記半導体素子の側面部に空隙が形成されるように構成することが望ましい。

前記多層配線基板に、前記キャビティと連通する開口を形成することが望ましい。

前記半導体素子を、前記配線層の接続部に、ワイヤーボンディング、ＴＡＢ、フリップチップ、ベアチップ接続等の手法で接続することが望ましい。

例えば、前記充填樹脂は前記封止樹脂と前記多層配線基板との間に充填される。

前記充填樹脂は、例えば、弾性を有する絶縁性樹脂から構成されている。例えば、前記充填樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂のいずれかから構成される。

前記半導体素子は、素子基板と、該素子基板の一面に配置された半導体チップと、前記素子基板の他面に配置された接続パッドと、を備え、該素子基板の接続パッドは前記多層配線基板の配線層の接続部に接続されている。

前記多層配線基板に、前記半導体素子の発生する熱を放熱する放熱部が形成されてもよい。

例えば、前記多層配線基板には、前記半導体素子の接続部に繋がるビアが形成される。この場合、前記半導体素子は、前記ビアを介して前記配線層が構成する回路に接続されている。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る多層配線板の製造方法は、
キャビティが形成された第１の基板と、封止樹脂で封止されてなる半導体素子が接続された第２の基板と、を用意し、
前記キャビティ内に前記封止樹脂と同様の弾性率を有する弾性樹脂からなる充填樹脂を配置して、
前記第２の基板を、前記半導体素子が前記キャビティに収容され、前記充填樹脂に前記半導体素子の上部を埋め込むとともに、前記半導体素子の周囲に部分的に空隙を形成するように、前記第１の基板に積層するとともに、
前記充填樹脂を、前記半導体素子と前記キャビティの内側面及び底面との間に介在させることで、当該充填樹脂によって前記半導体素子の基板面に平行な方向及び前記半導体素子の基板面に垂直な方向を支持固定させる、
ことを特徴とする。

本発明によれば、半導体素子が収納されたキャビティ内に空隙が形成されている。従って、半導体素子の発熱に起因する各部の応力を緩和することができる。このため、各応力に起因する電気的接続の不良化を抑え、電気的接続の信頼性を確保・維持することができる。

以下、本発明の実施の形態にかかる多層配線板について、図面を参照して説明する。

図１に概略断面図で示すように、本実施の形態に係る多層配線板１は、第１の基板１０と第１の基板１０に積層して接着された第２の基板２０とから構成される多層配線基板と、この多層配線基板の内部に形成されたキャビティ１４に配置された半導体素子３０及び充填樹脂４０と、から構成される。

第１の基板１０は、積層して配置及び固着された第１絶縁性樹脂基材１１と、第２絶縁性樹脂基材１２と、層間絶縁体１３とから構成される。

第１絶縁性樹脂基材１１は、この多層配線板１の一方の実装面を構成し、絶縁性樹脂層から構成されている。

この絶縁性樹脂層は、その厚さが２０〜３５０μｍの範囲にあることが望ましい。厚さが２０μｍ未満では、層間の絶縁性の確保が困難になり易く、一方、厚さが３５０μｍを超えると、層間の接続を確保することが困難になるためである。

絶縁性樹脂層としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の絶縁性樹脂をガラス織布等の心材に含浸させたプリプレグである樹脂絶縁層等が望ましい。ただし、これらに限定されるものではなく、絶縁性樹脂としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等が使用可能であり、心材としては、例えば、ガラス織布、ガラス不織布、アラミド不織布などを使用可能である。従って、絶縁性樹脂基材は、例えば、ガラス布エポキシ樹脂基材、ガラス布ビスマレイミドトリアジン樹脂基材、ガラス布ポリフェニレンエーテル樹脂基材、アラミド不織布−エポキシ樹脂基材、アラミド不織布−ポリイミド樹脂基材などから選択された硬質の樹脂基材から構成される。また、フェノール樹脂基材などでもよい。さらに、一般的に配線基板に使用される樹脂板や樹脂フィルム、又はこれらの複合材料も使用可能である。

第１絶縁性樹脂基材１１の一方の主面（表面）と他方の主面（裏面）には、銅箔等の導体から構成された導体パターン１１１と１１２が、それぞれ形成されている。導体パターン１１１と１１２は、主に回路パターンを形成し、一部は、放熱板として配置されている。導体パターン１１１，１１２のうち、放熱板として配置されている部分は、電気的に他から絶縁されていてもよく、或いは、接地電圧などの基準電圧の印加端に接続されていてもよい。導体パターン１１１と１１２を構成する導体は、その厚さが５〜２０μｍの範囲にあることが望ましい。厚さが５μｍ未満では、後述する製造工程で、レーザ加工により、第１絶縁性樹脂基材１１にビア用の開口を形成する際に、開口周縁の銅箔が変形する虞があり、導体回路を形成し難くなる。一方、厚さが２０μｍを超えると、エッチングにより、微細な線幅の導体回路パターンを形成し難い。

導体パターン１１１と導体パターン１１２の相互接続位置には、第１絶縁性樹脂基材１１を貫通するビアホール１１３が形成されている。ビアホール１１３の内面には銅等の導体めっきが施され、さらに半田等の導体が充填されてビア１１４が形成され、第１絶縁性樹脂基材１１の両面に形成された導体パターン１１１と１１２とを接続する。

第１絶縁性樹脂基材１１上には、層間絶縁体１３が配置及び固着されている。層間絶縁体１３は、例えば、第１絶縁性樹脂基材１１同様の構成の絶縁層、例えば、厚さ２００μｍ程度のプリプレグ等から構成される。層間絶縁体１３は、第１絶縁性樹脂基材１１と第２絶縁性樹脂基材１２とを電気的に絶縁すると共にこれらを接着する。層間絶縁体１３には、半導体素子３０を収納するキャビティ１４を構成する開口１３ａが形成されている。

層間絶縁体１３の上には、第２絶縁性樹脂基材１２が配置及び固着されている。第２絶縁性樹脂基材１２は、厚さ２００〜１０００μｍ程度の絶縁性樹脂層から構成されており、その両面及び内部には、厚さが５〜２０μｍの銅箔等の導体から構成された導体パターン１２１〜１２４が形成されている。例えば、両主面に形成された導体パターン１２１と１２４は、回路パターンを構成し、内部に埋め込まれている導体パターン１２２は電源配線パターン、導体パターン１２３はグランド配線パターンを構成する。

第２絶縁性樹脂基材１２は、例えば、一面又は両面に導体パターンが形成された第１絶縁性樹脂基材１１と同様の樹脂基材を積層して構成される。なお、単層でもよい。

また、第２絶縁性樹脂基材１２には、層間絶縁体１３の開口１３ａに対応する位置に開口１２ａが形成されている。開口１２ａは、層間絶縁体１３の開口１３ａと共に、半導体素子３０を収容するキャビティ１４を形成する。なお、開口１２ａの形状とサイズは、開口１３ａの形状とサイズと異なっていてもよい。

第２絶縁性樹脂基材１２の上には、この多層配線板１の他方の実装面を構成する第２の基板２０がキャビティ１４を塞ぐように配置され、固着されている。第２の基板２０は、厚さ２０〜３５０μｍの絶縁性樹脂基材２１から構成される。

絶縁性樹脂基材２１には、接続用パッド２１１、導体パターン２１２，ビア２１３、貫通孔２１５が形成されている。

接続用パッド２１１は、絶縁性樹脂基材２１の一方の主面（内面）の、半導体素子３０の接続パッドと対向する位置に配置され、半導体素子３０の接続パッドとフリップチップ方式等により接続される。接続用パッド２１１は、厚さ５〜２０μｍ程度の銅箔等の導体から構成される。

また、絶縁性樹脂基材２１の他方の主面（表面）は、実装面を構成し、厚さが５〜２０μｍの銅箔等の導体から構成された導体パターン２１２が形成されている。

接続用パッド２１１と導体パターン２１２の一部は、回路パターンを形成するが、他の一部は、他の回路と接続されず、半導体素子３０の発生する熱を放出するための放熱パターンとして機能する。なお、放熱パターンとして機能する導体パターン２１２は、グランド端子等の基準電圧が印加されている端子に接続されていてもよい。

また、接続用パッド２１１と導体パターン２１２との接続位置には、絶縁性樹脂基材２１を貫通するビアホール２１４が形成されている。ビアホール２１４の内面には導体めっきが施されている。さらに、ビアホール２１４内には、半田などの導体が充填されてビア２１３が形成され、絶縁性樹脂基材２１の両面の導体を接続する。

貫通孔（空気穴）２１５は、キャビティ１４と連通するように絶縁性樹脂基材２１に形成され、キャビティ１４と外部とのガスの流通を可能としている。

半導体素子３０は、キャビティ１４に収容されている。半導体素子３０は、プリント配線板３１と、プリント配線板３１上に積層して配置された第１と第２のＩＣ(Integrated Circuit)チップ３２１と３２２を備える。プリント配線板３１は、第２の基板２０の接続用パッド２１１に対向する位置に配置されたバンプ電極３１４を備え、フリップチップによりバンプ電極３１４を介して、第２の基板２０の接続用パッド２１１に接続されている。

半導体素子３０は、封止樹脂３１５によりモールド封止されており、モジュール化されている。さらに、半導体素子３０と絶縁性樹脂基材２１との間も、アンダーフィル材３１６により封止されている。

封止樹脂３１５及びアンダーフィル材３１６は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂などの熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂から構成される。

充填樹脂４０は、キャビティ１４内に、半導体素子３０の頭部（半導体素子３０の第１絶縁性樹脂基材１１と対向する部分）が埋められ、且つ、図２に平面図で示すように、半導体素子３０の周囲（側面部）に空隙１４ａを形成するように配置されている。充填樹脂４０は例えば、封止樹脂３１５と同様の弾性率を有する弾性樹脂であり、半導体素子３０の基板面に平行な方向及び基板面に垂直な方向を支持固定する。半導体素子３０自体は樹脂封止されており且つ軽量のものなので、このような固定方法であっても、十分な固定強度を得ることができる。

また、第１の基板１０（第１及び第２の絶縁性樹脂基材１１，１２及び層間絶縁体１３）及び第２の基板２０には、両主面に形成された導体パターン１１１，２１２を接続するためのビア１０１が形成される。ビア１０１は、内部の導体パターン１２１〜１２４にも適宜接続される。

このような構成の多層配線板１においては、キャビティ１４内に半導体素子３０が収容されている。収容された半導体素子３０は、底面に形成されたバンプ電極３１４と第２の基板２０に形成されたビア２１３を介して複数の導体パターン（配線層）２１２、１２１〜１２４、１１１、１１２が形成する回路に接続される。従って、所期の動作を行うことができる。

また、キャビティ１４内に半導体素子３０が収容されているので、表層の実装領域に、図３に例示するように、他の電子部品(図３では、半導体素子５０）等を実装することが可能となり、高機能化が可能となる。また、多層基板を小さくすることも可能となり、従来の配線板と比較して、高密度化することができる。

また、充填樹脂４０が、キャビティ１４全体ではなく、キャビティ１４の底部に、半導体素子３０の上面部（頭部）のみが埋められて固定されるように充填され、半導体素子３０の側面の周囲は空隙１４ａである。従って、第１及び第２の基板１０，２０、充填樹脂４０，封止樹脂３１５の熱膨張率の差に基づく膨張の差や、充填樹脂４０や半導体素子３０の封止樹脂３１５に含まれている湿分或いは吸収された湿分が、半導体素子３０の発生する熱などの要因により膨張した場合であっても、応力が緩和され、半導体素子３０と接続用パッド２１１との接続部への応力が抑制され、接続及びその信頼性を確保することができる。

さらに、貫通孔２１５が第２絶縁性樹脂基材２１に形成されており、キャビティ１４と外部との空気の流通が可能である。従って、充填樹脂４０や封止樹脂３１５に含まれている湿分等が熱などの要因により膨張し、所謂水蒸気爆発を起こしても、貫通孔２１５を通じて膨張したガスが拡散され、半導体素子３０等に加わる応力を抑えることができる。また、貫通孔２１５を介して接する外部の空気の冷却作用によって、キャビティ１４内の温度上昇を抑制することができるので、湿分等の膨張も抑制される。そのため、接続用パッド２１１と半導体素子３０との接続の信頼性を一層確実にすることができる。

また、放熱用の導体パターンが形成されているので、基板に回路パターンのみを配置する場合よりも、熱伝導度の高い導体が基板表面に配置され、放熱効率が高まる。

次に、図４乃至図７を参照して、多層配線板１の製造方法を説明する。

（１）第１の基板１０の作成
ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の絶縁性樹脂をガラス織布等の心材に含浸させたプリプレグである樹脂絶縁層の片面又は主面に銅箔が貼り付けられた絶縁性樹脂基材を用意する。続いて、銅箔を予め定められているパターンにパターニングする。

続いて、絶縁性樹脂基材を積層して加熱プレスすることにより、図４（ａ）に示すように多層化し、第２絶縁性樹脂基材１２を形成する。

なお、絶縁性樹脂としては、前述のように、例えば、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等が使用可能であり、心材としては、例えば、ガラス織布、ガラス不織布、アラミド不織布などを使用可能である。従って、絶縁性樹脂基材は、例えば、ガラス布エポキシ樹脂基材、ガラス布ビスマレイミドトリアジン樹脂基材、ガラス布ポリフェニレンエーテル樹脂基材、アラミド不織布−エポキシ樹脂基材、アラミド不織布−ポリイミド樹脂基材などから選択された硬質の樹脂基材から構成される。ただし、これらに限定されるものではなく、フェノール樹脂基材などでもよい。さらに、一般的に配線板に使用されるものを用いることができる。例えば、両面又は片面銅張り積層板や、金属膜を有しない樹脂板、樹脂フィルム、又はこれらの複合材料の片面または両面に金属箔を貼り付けたものが使用可能である。

また、積層される各樹脂基材は、前述のように、その厚さが２０〜３５０μｍの範囲にあることが望ましい。厚さが２０μｍ未満では、層間の絶縁性の確保が困難になり易い。一方、厚さが３５０μｍを超えると、層間の接続を確保することが困難になる。

また、銅箔は、前述のように、その厚さが５〜２０μｍの範囲にあることが望ましい。厚さが５μｍ未満では、後述するレーザ加工により、第１絶縁性樹脂基材１１にビア用の開口を形成する際に、開口周縁の銅箔が変形する虞があり、導体回路を形成し難くなる。一方、厚さが２０μｍを超えると、エッチングにより、微細な線幅の導体回路パターンを形成し難い。

なお、より厚い銅箔をメッキ等で形成し、これをハーフエッチング処理することにより、その厚さを適宜調整してもよい。この場合には、銅箔の厚みに、上記の数値より大きいものを用いて、エッチング後の銅箔の厚さが、５〜２０μｍとなるように調整したものであることが望ましい。

樹脂絶縁層の両面に銅箔を張り付けた両面銅張積層板を用いる場合には、それぞれの銅箔の厚さは、上記の範囲内であるが、両面で厚さが異なってもよい。これにより、基板としての強度を確保して後工程での処理を阻害しないようにすることができる。

このようにして形成した樹脂基材の所定の領域を、ザグリ加工、パンチング、レーザ加工などにより除去して、図４（ｂ）に示すように、開口１２ａを有する第２絶縁性樹脂基材１２を形成する。

また、一方で、第１絶縁性樹脂基材１１を用意し、ビア形成予定位置に、パンチング、ドリル、レーザ加工などにより、ビアホール１１３を形成する。続いて、全体に銅メッキを施し、さらに、この銅メッキをパターニングすることにより、図５（ａ）に示すように、導体パターン１１１，１１２と、ビア１１４が形成された第１絶縁性樹脂基材１１が形成される。

また、層間絶縁体１３についても、ザグリ加工、パンチング、ドリル、前述したレーザ加工などにより、図５（ｂ）に示すように、開口１３ａを形成する。

なお、第２絶縁性樹脂基材１２及び層間絶縁体１３の開口の高さ、すなわちキャビティ１４の高さは、収容される半導体素子３０自体の厚さ及び封止樹脂４０の厚さに応じて決定される。これにより、半導体素子３０は、キャビティ１４に全体が収容されて、傾きも抑制される。第２絶縁性樹脂基材１２及び層間絶縁体１３の開口１２ａ、１３ａのサイズ、すなわちキャビティ１４のサイズは、収容される半導体素子３０の寸法より大きくなるように形成される。これにより、半導体素子３０の周囲、すなわち半導体素子３０と第１の基板１０との間に空隙１４ａを形成するための領域を形成する。また、半導体素子３０とのクリアランスが確保されるので、半導体素子３０をキャビティ１４に収納した際の不具合を防止することができる。

導体パターン１１１及び１１２とビア１１４の形成された第１絶縁性樹脂基板１１と、開口１３ａの形成された層間絶縁体１３及び第２絶縁性樹脂基材１２を、順に、接着材層を介して、図５（ｃ）に示すように積層する。続いて、積層したものを圧着することにより、キャビティ１４の形成された第１の基板１０が得られる。ここで、接着剤層には、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、熱硬化型ポリフェニレンエーテル樹脂、エポキシ樹脂とシリコーン樹脂との複合樹脂等、種々の接着剤を用いることができる。層間絶縁体１３を構成するプリプレグを第１絶縁性樹脂基材１１と第２絶縁性樹脂基材１２を接着する接着剤層として使用することもできる。

（２）第２の基板２０の作成
樹脂絶縁層の両面に銅箔が貼り付けられた絶縁性樹脂基材２１を用意する。絶縁性樹脂基材２１には、第１の基板１０の第１絶縁性樹脂基材１１と同じ材料を用いることができる。樹脂絶縁層は、単層でもよく、２層以上に積層して形成したものを用いることもできる。絶縁性樹脂基材２１には、上記両面銅張積層板だけでなく、片面のみに銅箔を貼り合わせた片面銅張積層板を用いることができる。

絶縁性樹脂基材２１の半導体素子３０に面する一方の面にレジストを塗布、露光、現像してパターニングした後、エッチングすることにより接続用パッド２１１を形成する。他面にも同様の処理を施し、導体パターン２１２を形成する。

続いて、レーザ源から発生させたレーザ光等により、絶縁性樹脂基材２１のビアホール形成位置に、他方の面側からビアホール２１４を形成する。そして、開口に銅めっきを形成するようにメッキレジストを設け、無電解めっきにより、開口に銅めっき膜を堆積させた後、メッキレジストを除去し、さらに開口の銅めっき膜上に半田を充填して、図６（ａ）に示すように、接続用パッド２１１と導体パターン２１２とを接続するビア２１３を形成する。

（３）半導体素子３０の準備
まず、半導体素子形成用のプリント配線板３１を用意する。プリント配線板３１は、図６（ｂ）に斜視図で、図６（ｃ）に図６（ｂ）のＡ−Ａ’線での断面図で示すように、例えば、スルーホールと連結されたボンディングパッド３１２及びバンプ電極３１４とＩＣチップ用ダイパッド３１３とを有する両面銅張積層板３１１から構成される。なお、ボンディングパッド３１２は、プリント配線板３１のＩＣチップ用ダイパッド３１３と同一面に形成され、ＩＣチップ３２１、３２２との接続用のパッドであり、バンプ電極３１４は、プリント配線板３１のＩＣチップ用ダイパッド３１３の反対面に形成され、第２の基板２０の接続用パッド２１１との接続用のパッドであり、スルーホールを介してボンディングパッド３１２に接続されている。

プリント配線板３１のＩＣチップ用ダイパッド３１３上に導電性を有する接着剤等により第１のＩＣチップ３２１をダイボンディングする。さらに、第１のＩＣチップ３２１上に接着材により第２のＩＣチップ３２２をダイボンディングする。これにより、図６（ｄ）に示すように、プリント配線板３１上に、第１と第２のＩＣチップ３２１と３２２を積層して配置する。さらに、図６（ｄ）に示すように、第１と第２のＩＣチップ３２１、３２２上のパッドとプリント配線板３１のボンディングパッド３１２とを金線等のボンディングワイヤ３２３により接続する。

その後、第１と第２のＩＣチップ３２１，３２２やボンディングワイヤ３２３などが露出しないように封止樹脂３１５により封止し、図６（ｅ）に示す半導体素子３０を形成する。封止方法としては、封止樹脂をポティングする方法やオーバーモールドする方法等を使用できる。
続いて、半導体素子３０の露出面のボンディングパッド３１２上に、金属バンプ、半田バンプ等の接続用の端子などを配置する。

（４）半導体素子３０の実装
上記工程で作成された第２の基板２０の絶縁性樹脂基材２１の接続用パッド２１１上に、アンダーフィル材３１６を塗布し、続いて、半導体素子３０のバンプ電極３１４を接続することにより、図６（ｃ）に示すように、第２の基板２０に半導体素子３０を実装する。

（５）充填樹脂４０の塗布
キャビティ１４の全容積から半導体素子３０の体積を除いた容積（すなわち、キャビティ１４内に半導体素子３０を収容した時のキャビティ１４内の空隙の容積）よりも、形成後の体積が小さくなる量の充填樹脂４０を用意する。用意した充填樹脂４０を、例えば、ディスペンサにより、図７（ａ）に示すように、キャビティ１４内の第１絶縁性樹脂基材１１の半導体素子３０に対向する面に塗布する。なお、塗布する代わりに、充填樹脂４０の粒やブロックを投入する等してもよい。

（６）第１及び第２の基板１０，２０の積層（空隙の形成）
第１の基板１０と第２の基板２０とを、図７（ｂ）に示すように、半導体素子３０がキャビティ１４に収容されるように接着材層を介して積層及び位置合わせし、加熱しつつ圧着する。このとき、充填樹脂４０は熱により溶融され、半導体素子３０の上面部（頭部）の形状になじむように変形し、半導体素子３０の第１の基板１０と対向する面を含む頭部とキャビティ１４の内面との間隔を充填し、部分的に空隙１４ａを生成する。

（７）貫通孔２１５、ビア１０１の形成
上記レーザ加工により、第２の基板２０側から、絶縁性樹脂基材２１を貫通してキャビティ１４に連通する貫通孔２１５、ビア１０１形成用の貫通口を形成する。そして、上記の無電解めっきにより、ビア１０１形成用の貫通口に銅めっき膜を堆積させて、ビア１０１を形成する。
このようにして、半導体素子３０をキャビティ１４に収容して実装した図１に示す構成の多層配線板１が製造される。

上述したように、このようにして製造された多層配線板１では、キャビティ１４に収容された半導体素子３０の側面に空隙１４ａが形成されているので、半導体素子３０からの熱による膨張、冷却による収縮などにより発生する応力が緩和される。そのため、半導体素子３０と第２の基板２０との接続部の劣化などを抑えることができる。

また、樹脂等に残留している湿分が、半導体素子３０の発生する熱などの要因により膨張した場合であっても、空隙１４ａにより、応力が緩和される。さらに、湿分が膨張してキャビティ１４内に噴出した場合でも、貫通孔２１５を通じて外部に放出して圧力の上昇を回避できる。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、その変形及び応用等は任意である。

充填樹脂４０は、図１に示すように、半導体素子３０の頭部が埋め込まれるように配置されることが、半導体素子３０の基板面に平行な方向の安定を確保するために望ましい。しかし、これに限定されず、例えば、図８（ａ）に示すように、半導体素子３０の上面と第１絶縁性樹脂基材１１との間のみに配置してもよい。また、図８（ｂ）に示すように、充填樹脂４０を半導体素子３０の側面部に配置してもよい。この場合、キャビティ１４内の全ての空隙は貫通孔２１５に連通していることが望ましい。

また、間隙１４ａを半導体素子３０の周囲全体に分散して配置してもよい。例えば、充填樹脂４０として、内部に気泡などの微小孔（ボイド）を含むスポンジ質の樹脂を使用し、図９に示すように、半導体素子３０の周囲を充填樹脂４０で覆いつつ、気泡・ボイド１４ｂから構成される間隙を半導体素子３０の周囲全体に配置するようにしてもよい。

また、貫通孔２１５は、ある方が望ましいが、配置しなくてもよい。特に、第１の基板１０と第２の基板２０との接合後に、キャビティ１４が外部と連通している構成の場合には、特段貫通坑２１５を設ける必要は無い。

また、半導体素子３０を第２の基板２０に実装する方法は、フリップチップに限定されない。例えば、ＩＣチップ３２１をプリント配線板３１に接続する場合と同様に、ワイヤーボンディングにより半導体素子３０を第２基板２０に接続してもよい。

また、図１０（ａ）に示すようなＴＡＢ（Tape Automated Bonding）テープ３３１にＩＣチップ３２１をマウントし、ＴＡＢテープ３３１上の電極３３２を第２の基板２０の接続用パッド２１１に接続する手法を採用してもよい。

また、図１０（ｂ）に示すように、第２の基板２０上に直接ＩＣチップ（ベアチップ）３２１をマウントする等してもよい。この場合、フリップチップ方式により、ＩＣチップ３１２の下面に形成した接続パッドを第２の基板２０上の接続パッドに直接接続してもよい。また、ＩＣチップ３２１を第２の基板２０に接着剤によりダイボンディングし、第２の基板２０上の接続用パッド２１１とＩＣチップ３１２の接続パッドとを金線などのワイヤーでワイヤボンディング方式により接続するしてもよい。

なお、第１絶縁性樹脂基材１１，第２絶縁性樹脂基材１２、及び第２の基板２０としては、特に、エポキシ樹脂をガラス織布に含浸させてガラス転移させたＢステージのプリプレグと、銅箔とを積層して加熱プレスすることにより得られる片面または両面銅張積層板又はその積層体を用いることが望ましい。銅箔をエッチングした後の取り扱い中に第１絶縁性樹脂基材１１の変形が防止されるので、第１絶縁性樹脂基材１１に形成された導体回路パターンやビアの位置がずれることがなく、位置精度に優れるからである。各基材又は基板は、多層板に限らず、単層板でもよい。

上記実施の形態では、第２の基板２０に接続用パッド２１１を形成し、この接続用パッド２１１に半導体素子３０を固定した後で、第１の基板１０に固定したが、半導体素子３０の固定方法や組み立て手順は任意である。例えば、図１１（ａ）に示すように、第１の基板１０のキャビティ１４内に充填樹脂４０を配置し、続いて、半導体素子３０を配置する。続いて、絶縁性樹脂基材２１をキャビティ１４を塞ぐように配置して、加熱圧着することにより、図１１（ｂ）に示すように、半導体素子３０をキャビティ１４に収容してもよい。

この場合、例えば、図１２（ａ）に示すように、レーザなどでビアホール２１４を加工し、さらに、図１２（ｂ）に示すように、絶縁性樹脂基材２１の表面及びビアホール２１４内にメッキを施して銅メッキ層２３１を形成し、これをパターニングすることにより、導体パターン２１２とビア２１３とを形成するようにしてもよい。この構成の場合には、ビア２１３が半導体素子３０のバンプ電極３１４に直接接続される。

また、図１３に拡大して示すように、ビア２１３内に半田２３２を充填してもよい。この場合には、ビア２１３が半導体素子３０のバンプ電極３１４に直接接続される。

上記実施の形態においては、多層配線板１のキャビティ１４内に、２つのＩＣチップ３２１，３２２を含む１つの半導体素子３０を収容する例を示したが、キャビティ１４に収容される電子部品の種類や数に制限は無い。例えば、コンデンサ、インダクタンス等の電子部品でもよく、これらの組み合わせをキャビティ１４内に収納してもよい。また、収納される電子部品が、１つのモジュールにモジュール化されている必要はなく、図１４（ａ）に示すように、複数の電子部品モジュールをキャビティ１４内に配置してもよい。図１４（ａ）には、３つのモジュール化された電子部品３０ａ，３０ｂ、３０ｃをキャビティ１４内に配置する例を示す。この構成の場合、各モジュール３０ａ〜３０ｃの少なくも頭部の一部が、充填樹脂４０により固定され、モジュール３０ａ〜３０ｃ相互の間及び、モジュール３０ａ〜３０ｃとキャビティ１４の内面との間に空隙が形成されることが望ましい。

また、図１４（ｂ）に示すように、複数の電子部品３２１ａ〜３２１ｃをプリント配線板３１に配置し、これをモールドして１つの電子部品モジュールとし、これをキャビティ１４内に配置するようにしてもよい。

上記の実施の形態では、ビア１１４、２１３、１０１の形成に際して、無電解めっきにより、ビアホール１１３、２１４に銅めっき膜を堆積した。しかし、堆積される金属めっき膜は、銅に限定されず、金、銀、亜鉛、鉄、ニッケル等であってもよい。めっきは、無電解めっきに限定されず、電解めっきを用いることもできる。金属膜を堆積する方法は、めっきに限定されず、真空蒸着、スパッタ蒸着、分子線エピタキシ、イオンプレーティング、ＣＶＤ等を用いることができる。

その他、キャビティ１４内の半導体素子３０の周囲に間隙を形成しつつ種々の変形及び応用が可能である。

本発明の実施の形態に係る多層配線板の構成を示す断面図である。 図１に示す多層配線板のキャビティを中心とする構成を示す平面図である。 多層配線板に半導体素子などの電子部品を付加した構成を例示する断面図である。 図１の多層配線板の製造方法を示す概略図であり、特に、第２絶縁性樹脂基材の製造工程を示す図である。 図１の多層配線板の製造方法を示す概略図であり、特に、第１の基板の製造工程を示す図である。 図１の多層配線板の製造方法を示す概略図であり、特に、第２の基板と半導体素子を取り付ける製造工程を示す図である。 図１の多層配線板の製造方法を示す概略図であり、特に、第１の基板のキャビティ内に充填樹脂を配置して、第１の基板と第２の基板とを接合する製造工程を示す図である。 図１の多層配線板の変形例を示す概略断面図であり、充填樹脂の配置を異ならせた例を示す図である。 図１の多層配線板の変形例を示す概略断面図であり、充填樹脂として多孔質のものを使用し、キャビティ全体に充填した例を示す図である。 第２の基板に半導体素子を固定する手法を例示する図である。 図１の多層配線板の製造方法の変形例を示す概略図であり、第１の基板と第２の基板を接合した後に、第２の基板にビアや導体パターンを形成する製造工程を示す図である。 図１の多層配線板の製造方法の変形例を示す概略図であり、第１の基板と第２の基板を接合した後に、第２の基板にビアや導体パターンを形成する製造工程を示す図である。 ビアに半田を充填した例を示す図である。 キャビティに収容する電子部品の応用例を示す図であり、（ａ）は複数の電子部品モジュールを収納する例、（ｂ）は、１つの電子部品モジュールに複数の電子部品（素子）を配置する例を示す。

符号の説明

１ 多層配線板
１０ 第１の基板
１１ 第１絶縁性樹脂基材
１２ 第２絶縁性樹脂基材
１３ 層間絶縁体
１４ キャビティ
１４ａ 空隙
１４ｂ ボイド
２０ 第２の基板
２１ 絶縁性樹脂基材
３０ 半導体素子
４０ 充填樹脂
１０１ ビア
１１１、１１２ 導体パターン
１１３ ビアホール
１１４ ビア
１２１〜１２４ 導体パターン（配線層）
２１１ 接続用パッド
２１２ 導体パターン（配線層）
２１３ ビア
２１４ ビアホール
２１５ 貫通孔
３１１ 両面銅張積層板
３１２ ボンディングパッド
３１３ ＩＣチップ用ダイパッド
３１４ バンプ電極
３１５ 封止樹脂
３１６ アンダーフィル材
３２１，３２２ ＩＣチップ
３２３ ボンディングワイヤ
３３１ ＴＡＢテープ
３３２ 電極

Claims (11)

1. 複数の配線層を備え、内部にキャビティが形成された多層配線基板と、
   前記キャビティ内に収容され、封止樹脂で封止されてなる半導体素子と、
   前記キャビティ内に空隙が形成されるように部分的に充填され、前記半導体素素子を支持固定する充填樹脂と、
   から構成され、
   前記充填樹脂は、前記封止樹脂と同様の弾性率を有する弾性樹脂からなり、当該充填樹脂は、前記半導体素子と前記キャビティの内側面及び底面との間に介在することで、前記半導体素子の基板面に平行な方向及び前記半導体素子の基板面に垂直な方向を支持固定する多層配線板。
2. 前記半導体素子の上面部が前記充填樹脂に埋められ、前記半導体素子の側面部に空隙が形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の多層配線板。
3. 前記多層配線基板には、前記キャビティと連通する開口が形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の多層配線板。
4. 前記半導体素子は、前記配線層の接続部に、ワイヤーボンディング、ＴＡＢ、フリップチップ、ベアチップ接続のいずれかにより接続されている、ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の多層配線板。
5. 前記充填樹脂は、前記封止樹脂と前記多層配線基板との間に充填されている、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の多層配線板。
6. 前記充填樹脂は弾性を有する絶縁性樹脂から構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の多層配線板。
7. 前記充填樹脂が、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂のいずれかから構成される、ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の多層配線板。
8. 前記半導体素子は、素子基板と、該素子基板の一面に配置された半導体チップと、前記素子基板の他面に配置された接続パッドと、を備え、該素子基板の接続パッドは前記多層配線基板の配線層の接続部に接続されている、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の多層配線板。
9. 前記多層配線基板に、前記半導体素子の発生する熱を放熱する放熱部が形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の多層配線板。
10. 前記多層配線基板には、前記半導体素子の接続部に繋がるビアが形成されており、前記半導体素子は、前記ビアを介して前記配線層が構成する回路に接続されている、ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の多層配線板。
11. キャビティが形成された第１の基板と、封止樹脂で封止されてなる半導体素子が接続された第２の基板と、を用意し、
    前記キャビティ内に前記封止樹脂と同様の弾性率を有する弾性樹脂からなる充填樹脂を配置して、
    前記第２の基板を、前記半導体素子が前記キャビティに収容され、前記充填樹脂に前記半導体素子の上部を埋め込むとともに、前記半導体素子の周囲に部分的に空隙を形成するように、前記第１の基板に積層するとともに、
    前記充填樹脂を、前記半導体素子と前記キャビティの内側面及び底面との間に介在させることで、当該充填樹脂によって前記半導体素子の基板面に平行な方向及び前記半導体素子の基板面に垂直な方向を支持固定させる、
    ことを特徴とする多層配線板の製造方法。

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