JP2012074497A - 回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】回路チップに対する局所的な応力を低減することができる回路基板を提供すること。
【解決手段】絶縁基材２０に導体パターン３０及び層間接続ビア４１を含む配線部が設けられた回路基板１０であり、絶縁基材２０の厚み方向に垂直な絶縁基材２０の一面に配置されたヒートシンク６０と、ヒートシンク６０側の一面にダミー電極５１ｂを有するとともに裏面に配線部と電気的に接続された電極５１ａを有し絶縁基材２０に埋設された半導体チップ５０と、半導体チップ５０のダミー電極５１ｂとヒートシンク６０とを熱的に接続する放熱用接続ビア４２と、放熱用接続ビア４２を介して半導体チップ５０及びヒートシンク６０に接続されるものであり、熱伝導率が絶縁基材２０よりも高く、導体パターン３０よりも厚く、半導体チップ５０とヒートシンク６０との間に配置された平板状部材９０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱可塑性樹脂を含む絶縁基材に回路チップが埋設された回路基板に関するものである。

従来、熱可塑性樹脂を含む絶縁基材に回路チップが埋設された回路基板の一例として、例えば特許文献１に記載の多層基板が知られている。

この多層基板は、熱可塑性樹脂（絶縁基材）中に電気素子（回路チップ）が配置され、電気素子の電極が、ビアホール内に接続材料が充填されてなる接続部材を介して、熱可塑性樹脂に配置された導体パターンと電気的に接続されてなるものである。

特開２００６−９３４３９号公報

ところで、多層基板に埋設された電気素子には、使用中に発熱する電気素子もある。この電気素子が発した熱を放熱するためには、接続部材を介して電気素子と熱的に接続される放熱部材を設けることが考えられる。また、電気素子と放熱部材とを熱的に接続する接続材料は、電気素子における放熱部材との対向面の一部に接続されることもありうる。

ところが、このような構造の場合、絶縁基材と接続部材との線膨張係数の差によって、電気素子に対して局所的に応力がかかるという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、熱可塑性樹脂を含む絶縁基材に回路チップが埋設された回路基板において、回路チップに対する局所的な応力を低減することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の回路基板は、
熱可塑性樹脂を含む絶縁基材に、導体パターン及び層間接続ビアを含む配線部が設けられた回路基板であり、
絶縁基材の厚み方向に垂直な絶縁基材の一面に配置された放熱部材と、
少なくとも一つの回路素子を含むものであり、放熱部材側の一面に放熱用電極を有し、一面及び一面の裏面の少なくとも一方に配線部と電気的に接続された電気接続用電極を有し、絶縁基材に埋設されて絶縁基材の熱可塑性樹脂により封止された回路チップと、
絶縁基材に設けられ、回路チップの放熱用電極と放熱部材とを熱的に接続する放熱用接続ビアと、
放熱用接続ビアを介して回路チップ及び放熱部材に接続されるものであり、熱伝導率が絶縁基材よりも高く、厚み方向において導体パターンよりも厚く、絶縁基材に埋設されつつ、回路チップと放熱部材との間に配置された平板状部材と、を備え、
平板状部材は、少なくとも回路チップの一面における回路素子形成領域全域と対向するように、厚み方向に垂直な方向において回路素子形成領域以上の大きさを有することを特徴とする。

このようにすることによって、回路素子に対向する位置に平板状部材ではなく放熱用接続部材を設ける場合よりも、温度変化の際に生じる回路チップと放熱部材との間における全体の変位量を減らすことができる。よって、回路チップにおける少なくとも回路素子が配置された部位に対する局所的な応力を低減することができる。

また、請求項２に示すように、平板状部材は、厚み方向の線膨張係数が絶縁基材における厚み方向の線膨張係数よりも小さいものを採用してもよい。このようにすることによって、より一層応力を低減することができる。

また、請求項３に示すように、
回路チップの一面には、放熱用電極とともに電気接続用電極が設けられ、
絶縁基材の放熱部材配置面と反対の面に、外部接続用電極としての導体パターンが設けられ、
回路チップの一面に設けられた電気接続用電極と外部接続用電極とが配線部により電気的に接続されるようにしてもよい。

このようにすることによって、回路チップは、放熱部材と対向する一面においても、電気的な接続を行うことができるので好ましい。また、回路チップの一面に放熱用電極とともに電気接続用電極が設けられる場合、放熱用接続ビアを厚み方向に積層する必要があるため、放熱用接続ビアを一層だけ設ける場合よりも回路チップに対する局所的な応力が大きくなる。しかしながら、平板状部材を設けることによって、回路チップの一面に放熱用電極とともに電気接続用電極が設けられる場合であっても、回路チップにおける少なくとも回路素子が配置された部位に対する局所的な応力を低減することができる。つまり、本発明の平板状部材は、このような構造において特に有効である。

例えば、請求項４に示すように、
回路チップの一面における周縁領域に電気接続用電極が設けられ、電気接続用電極に取り囲まれる領域に放熱用電極が設けられ、
平板状部材は、放熱用電極形成領域と対向するように、厚み方向に垂直な方向において放熱用電極形成領域と同程度の大きさを有するようにしてもよい。

このようにすることによって、回路チップとして、回路チップの一面における周縁領域に電気接続用電極が設けられたものを採用することができる。

また、請求項５に示すように、平板状部材は、回路チップの一面全域と対向するように、厚み方向に垂直な方向において前記一面以上の大きさを有するようにしてもよい。

このようにすることによって、回路チップの放熱部材と対向する一面全体において、局所的な応力を低減することができる。

また、請求項６に示すように、回路チップの一面における平板状部材との対向領域に、電気接続用電極と放熱用電極とが設けられるようにしてもよい。

このようにすることによって、回路チップは、平板状部材と対向する位置においても、電気的な接続を行うことができるので好ましい。また、回路チップの一面に放熱用電極とともに電気接続用電極が設けられる場合、放熱用接続ビアを厚み方向に積層する必要があるため、放熱用接続ビアを一層だけ設ける場合よりも回路チップに対する局所的な応力が大きくなる。しかしながら、平板状部材を設けることによって、回路チップの一面に放熱用電極とともに電気接続用電極が設けられる場合であっても、回路チップにおける少なくとも回路素子が配置された部位に対する局所的な応力を低減することができる。つまり、本発明の平板状部材は、このような構造において特に有効である。

また、請求項７に示すように、回路チップの裏面にも電気接続用電極が設けられ、回路チップの裏面に設けられた電気接続用電極と外部接続用電極とが配線部により電気的に接続されるようにしてもよい。

このようにすることによって、回路チップとして、両面電極型の回路チップであっても採用することができる。

なお、平板状部材の材料によっては、放熱性が低下することも考えられる。そこで、請求項８に示すように、平板状部材の熱伝導率は、放熱用接続ビアの熱伝導率以上とするようにしてもよい。

このようにすることによって、放熱性の低下を抑制しつつ、回路チップに対する局所的な応力を低減することができる。

また、請求項９に示すように、厚み方向に垂直な方向の線膨張係数が、平板状部材と回路チップとで等しくなるようにしてもよい。

このようにすることによって、冷熱サイクルなどの熱負荷による回路チップに対する横方向の応力を低減することができる。なお、横方向とは、回路チップの厚み方向に垂直な方向である。

本発明の実施の形態における回路基板の概略構成を示す断面図である。 図１に示す回路基板の概略構成を示す平面図である。 図１に示す回路基板の製造工程のうち、半導体チップが実装された基板に積層する樹脂フィルムの準備工程を示す断面図である。 図１に示す回路基板の製造工程のうち、半導体チップを基板にフリップチップ実装する工程を示す断面図である。 図４に示す工程において、基板のパッド形成面に第２フィルムを貼り付けた状態を示す平面図である。 図１に示す回路基板の製造工程のうち、積層工程を示す断面図である。 図１に示す回路基板の製造工程のうち、加圧・加熱工程を示す断面図である。 変形例１における回路基板の概略構成を示す断面図である。 図８に示す回路基板の概略構成を示す平面図である。 変形例２における回路基板の概略構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。また、絶縁基材２０の厚み方向（換言すれば、複数枚の樹脂フィルムの積層方向）を単に厚み方向と称し、この厚み方向に垂直な方向を単に垂直方向と称する。

図１に示すように、本実施の形態における回路基板１０は、半導体チップ（回路チップ）５０を内蔵する基本的な構成要素として、絶縁基材２０、絶縁基材２０の内部に埋設、すなわち内蔵された半導体チップ５０、絶縁基材２０に設けられた配線部（導体パターン３０・層間接続ビア４１）、ヒートシンク（放熱部材）６０、放熱用接続ビア４２、平板状部材９０を備える。

絶縁基材２０は、電気絶縁材料からなり、該基材２０以外の構成要素、図１に示す例では導体パターン３０、層間接続ビア４１、半導体チップ５０、ヒートシンク６０、放熱用接続ビア４２、及び平板状部材９０を所定位置に保持する基材としての機能を果たすとともに、半導体チップ５０をその内部に保持して保護する機能を果たすものである。

この絶縁基材２０は、主として樹脂を含むとともに、該樹脂として少なくとも熱可塑性樹脂を含むものであり、熱可塑性樹脂フィルムを含む複数枚の樹脂フィルムが積層され、加圧・加熱により接着・一体化されてなる。熱可塑性樹脂を含む理由は、後述する加圧・加熱工程にて一括で絶縁基材２０を形成する際に、高温に耐え、軟化した熱可塑性樹脂を接着材及び封止材として利用するためである。

このため、複数枚の樹脂フィルムとしては、積層状態で、少なくとも１枚おきに位置するように熱可塑性樹脂フィルムを含めば良い。例えば熱可塑性樹脂フィルムのみを含む構成としても良いし、熱可塑性樹脂フィルムとともに熱硬化性樹脂フィルムを含む構成としても良い。

熱可塑性樹脂フィルムとしては、熱可塑性樹脂とともに、ガラス繊維、アラミド繊維などの無機材料を含むフィルム、及び、無機材料を含まない熱可塑性樹脂からなるフィルムの少なくとも一方を採用することができる。同様に、熱硬化性樹脂フィルムとしては、熱硬化性樹脂とともに、上記無機材料を含むフィルム、及び、無機材料を含まない熱硬化性樹脂からなるフィルムの少なくとも一方を採用することができる。

本実施形態に係る絶縁基材２０は、図１に示すように、厚み方向において、一面２０ａ側から、熱硬化性樹脂フィルム２１ａ、熱可塑性樹脂フィルム２２ａ、熱硬化性樹脂フィルム２１ｂ、熱可塑性樹脂フィルム２２ｂ、熱硬化性樹脂フィルム２１ｃ、熱可塑性樹脂フィルム２２ｃ、熱硬化性樹脂フィルム２１ｄ、熱可塑性樹脂フィルム２２ｄの順に計８枚の樹脂フィルムが積層されてなる。すなわち、熱可塑性樹脂フィルムと熱硬化性樹脂フィルムとが交互に積層されて、絶縁基材２０が構成されている。

また、熱硬化性樹脂フィルム２１ａ〜２１ｄとして、ガラス繊維などの無機材料を含まない、熱硬化性ポリイミド（ＰＩ）からなるフィルムを採用している。一方、熱可塑性樹脂フィルム２２ａ〜２２ｄとして、ガラス繊維などの無機材料や線膨張係数などを調整するための無機フィラーを含まない、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）３０重量％とポリエーテルイミド（ＰＥＩ）７０重量％からなる樹脂フィルムを採用している。なお、この熱可塑性樹脂フィルム２２ａ〜２２ｄは、数十〜二百数十度における垂直方向の線膨張係数が数十〜百数十［ｐｐｍ／℃］程度であり、数十〜二百数十度における厚み方向の線膨張係数が数十〜二百［ｐｐｍ／℃］程度である。

上記した樹脂フィルムのうち、熱硬化性樹脂フィルム２１ｂが、半導体チップ５０が実装される基板に相当し、熱可塑性樹脂フィルム２２ｂ，２２ｃが、半導体チップ５０と熱硬化性樹脂フィルム２１ｂとの間を封止するものに相当する。

導体パターン３０は、導体箔をパターニングしてなるものであり、半導体チップ５０と外部とを電気的に接続する配線部として用いられるものである。

一方、層間接続ビア４１は、樹脂フィルムにおいて、厚み方向に沿って設けられたビアホール（貫通孔）に導電性ペーストが充填され、この導電性ペースト中の導電性粒子を加圧・加熱により焼結してなるものである。つまり、層間接続ビア４１は、層間接続用の焼結体と換言することができる。層間接続ビア４１も、導体パターン３０とともに、半導体チップ５０と外部とを電気的に接続する配線部として用いられるものである。

本実施形態では、導体パターン３０と層間接続ビア４１とにより、半導体チップ５０の電極（電気接続用電極）５１ａと外部接続用電極３３とを電気的に接続する配線部が構成されている。また、上記配線部を構成する層間接続ビア４１とは別の層間接続ビアである放熱用接続ビア４２により、半導体チップ５０のダミー電極（放熱用電極）５１ｂとヒートシンク６０とを熱的に接続する放熱配線部が構成されている。つまり、放熱用接続ビア４２は、絶縁基材２０に設けられ、半導体チップ５０のダミー電極５１ｂとヒートシンク６０とを熱的に接続するものである。なお、この層間接続ビア４１及び放熱用接続ビア４２は、垂直方向の線膨張係数が二十数［ｐｐｍ／℃］程度である。

具体的には、導体パターン３０は、銅（Ｃｕ）箔をパターニングしてなる。そして、導体パターン３０として、半導体チップ５０の電極５１ａに対応するパッド３１、垂直方向に延びた横配線部３２などを含んでいる。さらには、外部機器との接続に供せられる外部接続用電極３３も、導体パターン３０の一部として含んでいる。なお、この銅箔をパターニングしてなる導体パターンは、垂直方向の線膨張係数が十数［ｐｐｍ／℃］程度である。

そして、各パッド３１は、半導体チップ５０の対応する電極５１ａのピッチに合わせたピッチで設けられている。図示しないが、本実施形態では、電極５１ａが、１辺１０個で一列の矩形環状に配置されており、電極５１ａに対応するパッド３１も、電極５１ａの配置に対応して複数のパッド３１が図５に示すように矩形環状に設けられている。そして、各パッド３１は、図１に示すように、同一層に設けられた横配線部３２により、矩形環状の環の外側又は内側（図１では外側を例示）に引き出され（再配線）されて、層間接続ビア４１と接続されている。なお、図５では、便宜上、横配線部３２を省略して図示している。また、導体パターン３０は、図１における左右両側に図示するように、半導体チップ５０とともに絶縁基材２０に埋設にされている回路素子（図示省略）と、外部機器との接続に供せられる外部接続用電極３３とを層間接続ビア４１を介して電気的に接続する導体パターン３０も含んでもよい。

また、本実施形態では、配線部を構成する層間接続ビア４１が、Ａｇ−Ｓｎ合金からなる。そして、層間接続ビア４１と横配線部３２、パッド３１を含んで配線部が構成されている。また、ダミー電極５１ｂとヒートシンク６０とを熱的に接続するための放熱用接続ビア４２に関しても、同様にＡｇ−Ｓｎ合金からなる。そして、放熱用接続ビア４２と後ほど説明する平板状部材９０を含んで放熱用配線部が構成されている。なお、放熱用配線部は、半導体チップ５０と電気的に接続されない導体パターンを含むようにしてもよい。

Ｃｕからなる導体パターン３０とＡｇ−Ｓｎ合金からなる層間接続ビア４１との界面には、ＣｕとＳｎとが相互に拡散してなる金属拡散層（Ｃｕ−Ｓｎ合金層）が形成され、これにより、導体パターン３０と層間接続ビア４１との接続信頼性が向上されている。

また、Ｃｕからなる導体パターン３０としてのパッド３１と、半導体チップ５０の電極５１ａ上に設けられた金（Ａｕ）からなる接続部５２との界面には、ＣｕとＡｕとが相互に拡散してなる金属拡散層（ＣｕＡｕ３合金を含むＣｕ−Ａｕ合金層）が形成され、これにより、パッド３１と接続部５２との接続信頼性が向上されている。

また、本実施形態では、絶縁基材２０の一面２０ａ側表層をなす熱硬化性樹脂フィルム２１ａの内面に、導体パターン３０として外部接続用電極３３が形成されている。

半導体チップ５０は、シリコンなどの半導体基板に、トランジスタ、ダイオード、バンドギャップ回路、高精度抵抗（薄膜抵抗）、コンデンサなどの回路素子が集積され、回路（大規模集積回路）が構成されたＩＣチップ（ベアチップ）である。なお、この半導体チップ５０には、上述のように、バンドギャップ回路や高精度抵抗（薄膜抵抗）などの応力によって特性が変動する回路素子も集積されている。また、この半導体チップ５０の表面には、電極が形成されている。本実施形態では、図１に示すように、半導体チップ５０の一面に上記回路とは接続されず、電気的な接続機能を提供しないダミー電極５１ｂと、半導体チップ５０の裏面（一面の反対面）に上記回路と電気的に接続された電極５１ａとが形成されている。また、半導体チップ５０は、上記した絶縁基材２０によって封止されている。

つまり、半導体チップ５０は、少なくとも一つの回路素子を含むものであり、ヒートシンク６０側の一面にダミー電極５１ｂを有し、裏面に配線部と電気的に接続された電極５１ａを有し、絶縁基材２０に埋設されて絶縁基材２０の熱可塑性樹脂２１ｂ，２１ｃにより封止されている。

このように、半導体チップ５０の裏面にも電極５１ａが設けられ、半導体チップ５０の裏面に設けられた電極５１ａと外部接続用電極３３とが配線部により電気的に接続されるようにしてもよい。このようにすることによって、半導体チップ５０として、両面電極型の半導体チップ５０であっても採用することができる。

半導体チップ５０の裏面側には電極５１ａが複数形成されており、電極５１ａには、Ａｕからなる接続部５２がそれぞれ接続されている。電極５１ａにおける接続部５２と対向する部位の厚み方向全てが、Ａｕ−Ａｌ合金（主としてＡｕ_４Ａｌ合金）からなり、アルミニウム（Ａｌ）を金属単体で含まないものとなっている。電極５１ａにおける接続部５２と対向する部位の厚み方向全てとは、換言すれば、電極５１ａのうち、接続部５２の直下（乃至直上）における厚み方向全ての部位（接続部５２との界面及び該界面から厚み方向全ての部位）である。また、電極５１ａのうち、半導体チップ５０と接続部５２に挟まれた部位ともいえる。以下、電極５１ａのうち、Ａｕからなる接続部５２の直下部位と示す。

また、電極５１ａのうち、接続部５２の直下領域ではない部分（例えば保護膜で覆われた部分）については、Ａｌを金属単体で含む構成となっている。

電極５１ａのうち、Ａｕからなる接続部５２の直下部位に単体でＡｌが残存すると、高温の使用環境において、電極５１ａ中のＡｌに隣接する接続部５２のＡｕが固相拡散し、Ａｕ_５Ａｌ_２を生成する。このＡｕ_５Ａｌ２の成長速度はＡｕ_４Ａｌに比べて格段に速く、このため、Ａｕ_５Ａｌ_２の生成にＡｕの拡散が間に合わずに、接続部５２と電極５１ａの界面にカーケンダルボイドを生じる。また、カーケンダルボイドを起点としてクラックが生じる。

これに対し、本実施形態では、電極５１ａのうち、Ａｕからなる接続部５２の直下部位が、Ａｌを金属単体で含まず、Ａｕ−Ａｌ合金の最終生成物であるＡｕ_４Ａｌ合金を主として含んでいる。したがって、高温の使用環境においても、カーケンダルボイド、ひいてはクラックが生じるのを抑制することができる。

また、電極５１ａ間のピッチ（間隔）は、半導体チップ５０の反対側の面に形成された電極（５１ｂ）のピッチよりも狭いものとなっている。具体的には、数十μｍピッチ（例えば６０μｍピッチ）となっている。

一方、半導体チップ５０の電極５１ａ形成面とは反対側の面には、Ｎｉ系材料からなるダミー電極５１ｂが形成されている。このダミー電極５１ｂには、対応する放熱用接続ビア４２が接続されている。Ｎｉからなるダミー電極５１ｂとＡｇ−Ｓｎ合金からなる放熱用接続ビア４２との界面には、ＳｎとＮｉとが相互に拡散してなる金属拡散層（Ｎｉ−Ｓｎ合金層）が形成され、これにより、ダミー電極５１ｂと放熱用接続ビア４２との接続信頼性が向上されている。なお、ダミー電極５１ｂは、例えば百μｍ単位のピッチで形成されている。

このように、半導体チップ５０は、電気的な接続機能を提供する電極５１ａを有するとともに、電気的な接続機能を提供しないダミー電極５１ｂも有している。

ヒートシンク６０は、Ｃｕなどの金属材料からなり、半導体チップ５０に構成された素子の動作による熱を外部に放熱するためのものである。このようなヒートシンク６０としては、放熱フィンなどを採用することもできる。本実施形態では、Ｃｕからなる平板状のヒートシンク６０を採用している。そして、このヒートシンク６０に熱可塑性樹脂フィルム２２ｄが密着することで、ヒートシンク６０が絶縁基材２０の一面２０ｂに固定されている。

また、ヒートシンク６０には、熱可塑性樹脂フィルム２２ｄに形成された放熱用接続ビア４２の一端が接続されている。本実施形態では、Ｃｕからなるヒートシンク６０と、Ａｇ−Ｓｎ合金からなる放熱用接続ビア４２との界面に、ＣｕとＳｎとが相互に拡散してなる金属拡散層（Ｃ−Ｓｎ合金層）が形成され、これにより、放熱用接続ビア４２（放熱配線部）とヒートシンク６０との接続信頼性が向上されている。

本実施形態では、半導体チップ５０で生じた熱が、ダミー電極５１ｃから、放熱用接続ビア４２、平板状部材９０からなる放熱配線部を通じてヒートシンク６０に伝達される構成となっている。このため、放熱性が向上されている。

また、絶縁基材２０の一面２０ａ側には、一面２０ａ側から外部接続用電極３３を底面として形成された孔内にメッキ膜などの導電部材が配置され、この導電部材上にはんだボール７０が形成されている。

ここで、本発明の特徴部分でもある平板状部材９０に関して説明する。

この平板状部材９０は、金属（Ｃｕ，Ｃｕ合金など）や半導体（Ｓｉなど）や樹脂などからなる平板形状の部材である。また、平板状部材９０は、熱伝導率が絶縁基材２０よりも高く、厚み方向の厚みが導体パターン３０よりも厚いものである。なお、ここでは、平板状部材９０の材料としてＣｕを採用する。

この平板状部材９０は、放熱用接続ビア４２を介して半導体チップ５０及びヒートシンク６０に接続される。具体的には、図１に示すように、平板状部材９０は、放熱用接続ビア４２を介して半導体チップ５０に接続されるとともに、放熱用接続ビア４２を介してヒートシンク６０に接続されている。また、平板状部材９０は、絶縁基材２０に埋設されつつ、半導体チップ５０とヒートシンク６０との間に配置される。つまり、平板状部材９０は、両面が平坦面をなすものであり、一方の平坦面が半導体チップ５０の一面（ヒートシンク６０側の面）と対向し、他方の平坦面がヒートシンク６０の一面（絶縁基材２０側の面であり、絶縁基材２０との接続面）と対向して絶縁基材２０内に配置される。

さらに、平板状部材９０は、図２に示すように、半導体チップ５０の一面全域と対向するように、垂直方向において半導体チップ５０の一面以上の大きさ（面積）を有する。

このようにすることによって、半導体チップ５０に対向する位置に平板状部材９０ではなく放熱用接続ビア４２を設ける場合よりも、温度変化の際に生じる半導体チップ５０とヒートシンク６０との間における全体の変位量を減らすことができる。よって、半導体チップ５０のヒートシンク６０と対向する一面全体において、局所的な応力を低減することができる。また、このように、半導体チップ５０に対する局所的な応力を低減することによって、回路基板１０としての信頼性を向上できる。

なお、平板状部材９０は、少なくとも半導体チップ５０の一面（ヒートシンク６０側の面）における回路素子形成領域全域と対向するように、垂直方向において回路素子形成領域以上の大きさ（面積）を有するものであれば採用することができる。なお、本発明における回路素子形成領域とは、バンドギャップ回路や高精度抵抗（薄膜抵抗）などの応力によって特性が変動する回路素子が形成された領域である。

半導体チップ５０の一面における回路素子形成領域のみと対向するようにしても、半導体チップ５０における少なくとも回路素子が配置された部位に対する局所的な応力を低減することができる。

このように、平板状部材９０は、放熱用接続ビア４２とともに放熱配線部として機能するとともに、半導体チップ５０に対する応力を吸収する応力吸収部としても機能する。よって、平板状部材９０は、応力吸収部材とも称することができる。

なお、平板状部材９０は、厚み方向の線膨張係数が絶縁基材２０における厚み方向の線膨張係数よりも小さいものを採用すると好ましい。このようにすることによって、より一層応力を低減することができる。

また、平板状部材９０の材料によっては、放熱性が低下することも考えられる。そこで、平板状部材９０の熱伝導率は、放熱用接続ビア４２の熱伝導率以上とするようにしてもよい。このようにすることによって、放熱性の低下を抑制しつつ、半導体チップ５０に対する局所的な応力を低減することができる。

さらに、垂直方向の線膨張係数が、平板状部材と回路チップとで等しくなるようにしてもよい。このようにすることによって、冷熱サイクルなどの熱負荷による半導体チップ５０に対する垂直方向の応力を低減することができる。

次に、上記した回路基板１０の製造方法について説明する。なお、導電性ペーストを示す符号４０ａの後の括弧内は、対応する層間接続ビア、放熱用接続ビアの符号を記載している。また、回路基板１０の基本的な構成や製造方法は、特に断りのない限り、本出願人がこれまで出願してきたＰＡＬＡＰに関する構成を適宜採用することができる。なお、ＰＡＬＡＰは株式会社デンソーの登録商標である。

先ず、積層体を加圧・加熱して回路基板１０を形成すべく、積層体を構成する要素を準備する。半導体チップ５０が実装された基板（以下、半導体ユニットとも称する）と、該半導体ユニットに積層される複数枚の樹脂フィルムとをそれぞれ準備する。

本実施形態では、上記したように、熱硬化性樹脂フィルム２１ａ〜２１ｄとして、ガラス繊維などの無機材料を含まない、熱硬化性ポリイミド（ＰＩ）からなるフィルムを採用する。本実施形態では、一例として、全ての樹脂フィルム２１ａ〜２１ｄの厚さを同一（例えば５０μｍ）とする。

一方、熱可塑性樹脂フィルム２２ａ〜２２ｄとして、ガラス繊維などの無機材料や線膨張係数などを調整するための無機フィラーを含まない、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）３０重量％とポリエーテルイミド（ＰＥＩ）７０重量％からなる樹脂フィルムを採用する。本実施形態では、一例として、樹脂フィルム２２ａ，２２ｃ，２２ｄを同一の厚さ（例えば８０μｍ）とし、第２フィルムとしての熱可塑性樹脂フィルム２２ｂを、上記樹脂フィルム２２ａ，２２ｃ，２２ｄよりも薄い厚さ（例えば５０μｍ）とする。

この準備工程では、ＰＡＬＡＰとして知られる一括積層法で周知のごとく、一括積層する前に、絶縁基材２０を構成する樹脂フィルムに対して、導体パターン３０を形成したり、焼結により層間接続ビア４１となる導電性ペースト４０ａをビアホールに充填したりしておく。導体パターン３０や、導電性ペースト４０ａが充填されるビアホールの配置は、上記した配線部や放熱配線部に応じて適宜決定される。

導体パターン３０は、樹脂フィルムの表面に貼着した導体箔をパターニングすることで形成することができる。絶縁基材２０を構成する複数枚の樹脂フィルムとしては、導体パターン３０を有する樹脂フィルムを含めばよく、例えば全ての樹脂フィルムが導体パターン３０を有する構成や、一部の樹脂フィルムが導体パターン３０を有さない構成も採用することができる。また、導体パターン３０を有する樹脂フィルムとしては、片面のみに導体パターン３０を有する樹脂フィルム、積層方向における両面に導体パターン３０を有する樹脂フィルムのいずれも採用することができる。

一方、導電性ペースト４０ａは、導電性粒子にエチルセルロース樹脂やアクリル樹脂などを保形性付与のため添加し、テルピネオールなどの有機溶剤を加えた状態で混練することで得ることができる。そして、炭酸ガスレーザなどにより、樹脂フィルムを貫通するビアホールを形成し、スクリーン印刷などによって、導電性ペースト４０ａをビアホール内に充填する。ビアホールは、上記導体パターン３０を底面として形成しても良いし、導体パターン３０の無い位置に、ビアホールを形成しても良い。

導体パターン３０上にビアホールを形成する場合、導体パターン３０が底となるため、ビアホール内に導電性ペースト４０ａを留めることができる。一方、導体パターン３０を有さない樹脂フィルム、又は、導体パターン３０を有しながらも、導体パターン３０の形成位置とは異なる位置にビアホールを形成する場合には、底のないビアホール内に導電性ペースト４０ａを留めるために、本出願人による特願２００８−２９６０７４号に記載の導電性ペースト４０ａを用いる。また、この導電性ペースト４０ａを充填する装置（方法）としては、本出願人による特願２００９−７５０３４号に記載の装置（方法）を採用すると良い。

この導電性ペースト４０ａは、導電性粒子に対し、導電性粒子の焼結温度よりも低い温度で分解または揮発するとともに、該温度よりも低く、室温よりも高い温度で溶融状態となり、室温で固体状態となる低融点室温固体樹脂が添加されている。低融点室温固体樹脂としては、例えばパラフィンがある。これによれば、充填時には加温することで、低融点室温固体樹脂が溶融してペースト状となり、充填後の冷却において、低融点室温固体樹脂が固化することで導電性ペースト４０ａも固まって、ビアホール内に保持することができる。なお、充填する際には、ビアホールの一端を平坦な部材にて塞いでおけば良い。

先ず、半導体ユニットに積層される６枚の樹脂フィルム２１ａ，２１ｃ，２１ｄ，２２ａ，２２ｃ，２２ｄを準備する工程を説明する。

本実施形態では、図３に示すように、６枚の樹脂フィルム２１ａ，２１ｃ，２１ｄ，２２ａ，２２ｃ，２２ｄのうち、熱硬化性樹脂フィルム２１ａ，２１ｃ，２１ｄのみ、片面に銅箔（例えば厚さ１８μｍ）が貼着されたフィルムを準備し、銅箔をパターニングして導体パターン３０をそれぞれ形成する。なお、半導体ユニットを構成する残り２枚の樹脂フィルム２１ｂ，２２ｂについても、熱硬化性樹脂フィルム２１ｂのみ片面に銅箔（同じく厚さ１８μｍ）が貼着されたフィルムを準備し、この銅箔をパターニングして導体パターン３０を形成する。

すなわち、熱硬化性樹脂フィルム２１ａ〜２１ｄは片面に導体パターン３０を有する構成とし、熱可塑性樹脂フィルム２２ａ〜２２ｄは、導体パターン３０を有さない構成とする。

また、６枚の樹脂フィルム２１ａ，２１ｃ，２１ｄ，２２ａ，２２ｃ，２２ｄのうち、導体パターン３０として外部接続用電極３３を片面（積層状態で内面）に有し、絶縁基材２０の一面２０ａ側の表層を構成する熱硬化性樹脂フィルム２１ａを除く５枚の樹脂フィルム２１ｃ，２１ｄ，２２ａ，２２ｃ，２２ｄに、ビアホール（符号略）をそれぞれ形成し、該ビアホール内に導電性ペースト４０ａを充填する。そして充填後、乾燥工程にて溶剤を揮発させる。

本実施形態では、熱硬化性樹脂フィルム２１ａ，２１ｃ，２１ｄのみに導体パターン３０を形成するため、導体パターン３０を形成しない熱可塑性樹脂フィルム２２ａ，２２ｃ，２２ｄについては、導電性粒子としてＡｇ粒子とＳｎ粒子を所定の比率で含み、且つ、上記したように、パラフィンなどの低融点室温固体樹脂が添加された導電性ペースト４０ａを用いる。

熱硬化性樹脂フィルム２１ａ，２１ｃ，２１ｄについては、熱可塑性樹脂フィルム２２ａ，２２ｃ，２２ｄと同じ導電性ペースト４０ａを用いても良いし、導電性粒子としてＡｇ粒子とＳｎ粒子を所定の比率で含み、低融点室温固体樹脂を含まない導電性ペースト４０ａを採用しても良い。

さらに、この準備工程では、積層体が半導体チップ５０を収容する空洞を有するために、複数枚の樹脂フィルムの一部に予め空洞部を形成しておく。本実施形態では、熱硬化性樹脂フィルム２１ｃに、半導体チップ５０を収容するための空洞部２３を形成する。このため、空洞部２３を有する熱硬化性樹脂フィルム２１ｃは矩形枠状を呈する。

また、同様に、積層体が平板状部材９０を収容する空洞（貫通孔）を有するために、複数枚の樹脂フィルムの一部に予め空洞部（貫通孔）を形成しておく。本実施形態では、熱硬化性樹脂フィルム２１ｄに、平板状部材９０を収容するための空洞部（貫通孔）２５を形成する。このため、空洞部２５を有する熱硬化性樹脂フィルム２１ｃは矩形枠状を呈する。

空洞部２３，２５は、パンチやドリルなどによる機械的加工、レーザ光の照射により形成することができ、半導体チップ５０や平板状部材９０の体格に対し、所定のマージンをもって形成される。空洞部２３，２５の形成タイミングとしては、導体パターン３０及び層間接続ビア４１の形成前、形成後のいずれもでも良い。

また、上記した樹脂フィルム２１ａ，２１ｃ，２１ｄ，２２ａ，２２ｃ，２２ｄの準備工程に並行して、半導体ユニットの形成工程を実施する。

本実施形態では、図４（ａ）に示すように、基板をなす熱硬化性樹脂フィルム２１ｂと熱可塑性樹脂フィルム２２ｂを準備する。熱硬化性樹脂フィルム２１ｂについては片面に銅箔が貼着されたものを準備し、この銅箔をパターニングして導体パターン３０を形成する。このとき、導体パターン３０として、パッド３１及び横配線部３２も形成される。

次いで、加熱・加圧することで、熱可塑性樹脂フィルム２２ｂを、パッド３１及び横配線部３２を覆うように基板のパッド形成面に貼り付ける。

本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、熱可塑性樹脂フィルム２２ｂを、パッド３１及び横配線部３２を覆うように、基板としての熱硬化性樹脂フィルム２１ｂのパッド形成面に熱圧着する。

具体的には、熱可塑性樹脂フィルム２２ｂの温度が、該フィルム２２ｂを構成する熱可塑性樹脂のガラス転移点以上、融点以下となるように加熱しつつ、熱硬化性樹脂フィルム２１ｂ側に加圧することで、軟化した熱可塑性樹脂を熱硬化性樹脂フィルム２１ｂのランド形成面及び導体パターン３０の表面に密着させる。

熱可塑性樹脂フィルム２２ｂを熱硬化性樹脂フィルム２１ｂに熱圧着した後、樹脂フィルム２１ｂ，２２ｂに導体パターン３０を底面としてビアホールを形成するとともに、ビアホールに対して、図４（ｂ）に示すように導電性ペースト４０ａを充填する。ここでは、いずれも導体パターン３０を底面とするため、導電性ペースト４０ａとして、低融点室温固体樹脂を含まない導電性ペーストを採用しても良いし、低融点室温固体樹脂を含む導電性ペーストを採用しても良い。

次に、別途準備した半導体チップ５０を、基板にフリップチップ実装する。

半導体チップ５０には、基板に対する搭載面の電極５１ａ上にスタッドバンプ５２ａが形成されている。本実施形態では、Ａｌ系材料からなる電極５１ａ上に、例えばワイヤを使った周知の方法でＡｕからなるスタッドバンプ５２ａ（鋲状のバンプ）が形成されている。

そして、図４（ｃ）に示すように、例えばパルスヒート方式の熱圧着ツール１００により、この半導体チップ５０を、基板搭載面の裏面側から加熱しつつ基板に向けて加圧する。このとき、熱可塑性樹脂フィルム２２ｂを構成する熱可塑性樹脂の融点（ＰＥＥＫ：ＰＥＩ＝３０：７０で３３０℃）以上の温度で加熱しつつ、熱硬化性樹脂フィルム２１ｂ側に加圧する。

熱圧着ツール１００からの熱が半導体チップ５０に伝わり、スタッドバンプ５２ａの先端温度が熱可塑性樹脂フィルム２２ｂを構成する熱可塑性樹脂の融点以上となると、スタッドバンプ５２ａが接する熱可塑性樹脂フィルム２２ｂの部分が軟化・溶融（熔融）する。したがって、熱可塑性樹脂フィルム２２ｂを溶融させながら、スタッドバンプ５２ａを熱可塑性樹脂フィルム２２ｂに押し込んで、対応するパッド３１に接触させることができる。これにより、図４（ｄ）に示すように、スタッドバンプ５２ａとパッド３１とを圧接状態とすることができる。

また、溶融・軟化した熱可塑性樹脂は、圧力を受けて流動し、半導体チップ５０の基板搭載面、熱硬化性樹脂フィルム２１ｂのパッド形成面、導体パターン３０、電極５１ａ、及びスタッドバンプ５２ａに密着する。したがって、図４（ｄ）に示すように、熱可塑性樹脂フィルム２２ｂによって、半導体チップ５０と熱硬化性樹脂フィルム２１ｂ（基板）との間を封止することができる。このようにして、半導体ユニットを形成する。

本実施形態では、フリップチップ実装時の加熱温度を、融点よりも若干高い３５０℃程度とし、１つのスタッドバンプ５２ａにかかる荷重が２０〜５０ｇｆ程度となる圧力を印加する。これにより、短時間で、スタッドバンプ５２ａとパッド３１とを圧接状態とすることができる。

なお、圧接状態となった後も、加熱・加圧を継続すると、スタッドバンプ５２ａを構成するＡｕとパッド３１を構成するＣｕとが相互に拡散（固相拡散）し、金属拡散層（Ｃｕ−Ａｕ合金層）を形成する。また、スタッドバンプ５２ａを構成するＡｕが電極５１ａを構成するＡｌに対して固相拡散し、金属拡散層（Ａｕ−Ａｌ合金層）を形成する。しかしながら、このような金属拡散層を形成するには、上記した圧接状態を形成するのに比べ、加熱・加圧時間として長時間を要する。１つの半導体チップ５０を基板に実装するのに長時間を要すると、半導体チップ５０を内蔵する回路基板１０の形成時間が結果として長くなり、製造コストも増加してしまう。また、その間、電極５１ａ、スタッドバンプ５２ａ、パッド３１の電気的な接続部以外の箇所にも、不必要な熱が印加されることとなる。このため、この実装工程では、スタッドバンプ５２ａとパッド３１との接続状態を圧接状態にとどめる。

また、本実施形態では、熱可塑性樹脂フィルム２２ｂを熱硬化性樹脂フィルム２１ｂに貼り付けた後で、ビアホールを形成し、導電性ペースト４０ａを充填する例を示した。しかしながら、貼り付け前の状態で、各樹脂フィルム２１ｂ，２２ｂにビアホールを形成し、導電性ペースト４０ａを充填しても良い。

導電性ペースト４０ａについては、半導体チップ５０を、基板にフリップチップ実装する際の加熱・加圧や、熱可塑性樹脂フィルム２２ｂを貼り付け前に形成した場合には、貼り付け時の加圧・加熱により、導電性粒子が焼結されて層間接続ビア４１を形成しても良いし、焼結されずに半導体ユニットが形成された時点で導電性ペースト４０ａのままでも良い。また、一部が焼結された状態としても良い。本実施形態では、フリップチップ実装後の状態で導電性ペースト４０ａとする。

次に、積層体を形成する積層工程を実施する。この工程では、表面に導体パターン３０が形成された樹脂フィルム、ビアホール内に導電性ペースト４０ａが充填された樹脂フィルム、を含む複数枚の樹脂フィルムを、熱可塑性樹脂フィルムが、少なくとも１枚おきに位置しつつ半導体チップ５０の電極形成面及び該電極形成面の裏面に隣接するように積層する。

本実施形態では、図６に示すように、積層方向における一端側から、熱硬化性樹脂フィルム２１ａ、熱可塑性樹脂フィルム２２ａ、熱硬化性樹脂フィルム２１ｂ、熱可塑性樹脂フィルム２２ｂ、熱硬化性樹脂フィルム２１ｃ、熱可塑性樹脂フィルム２２ｃ、熱硬化性樹脂フィルム２１ｄ、熱可塑性樹脂フィルム２２ｄの順となるように、複数枚の樹脂フィルム２１ａ，２１ｃ，２１ｄ，２２ａ，２２ｃ，２２ｄと半導体ユニットと平板状部材９０を積層する。このように本実施形態では、熱可塑性樹脂フィルム２２ａ〜２２ｄと熱硬化性樹脂フィルム２１ａ〜２１ｄとを交互に位置するように積層する。

さらには、熱可塑性樹脂フィルム２２ｄ上にヒートシンク６０を積層する。なお、図６では、便宜上、積層体を構成する要素を、離間させて図示している。

詳しくは、熱硬化性樹脂フィルム２１ａの導体パターン形成面上に熱可塑性樹脂フィルム２２ａを積層し、熱可塑性樹脂フィルム２２ａ上に、半導体ユニットを、熱硬化性樹脂フィルム２１ｂを搭載面として積層する。半導体ユニットにおける熱可塑性樹脂フィルム２２ｂ上であって、半導体チップ５０の周囲には、熱硬化性樹脂フィルム２１ｃを、導体パターン形成面とは反対側の面を搭載面として積層する。また、熱硬化性樹脂フィルム２１ｃ及び半導体チップ５０上に熱可塑性樹脂フィルム２２ｃを積層し、熱可塑性樹脂フィルム２２ｃ上に導体パターン形成面を搭載面として、熱硬化性樹脂フィルム２１ｄ及び平板状部材９０を積層する。そして、熱硬化性樹脂フィルム２１ｄ上に熱可塑性樹脂フィルム２２ｄを積層し、さらにヒートシンク６０を積層して、１つの積層体を形成する。

この積層体では、積層方向において、半導体チップ５０に隣接する樹脂フィルムが、熱可塑性樹脂フィルム２２ｂ，２２ｃとなる。少なくともこれら樹脂フィルム２２ｂ，２２ｃは、加圧・加熱工程において、半導体チップ５０の周囲を封止する機能を果たす。本実施形態では、垂直方向において半導体チップ５０を取り囲む樹脂フィルムが熱硬化性樹脂フィルム２１ｃであるので、上記２枚の樹脂フィルム２２ｂ，２２ｃが、半導体チップ５０の周囲を封止する機能を果たす。

また、この積層体では、積層方向において、平板状部材９０に隣接する樹脂フィルムが、熱可塑性樹脂フィルム２２ｃ，２２ｄとなる。少なくともこれら樹脂フィルム２２ｃ，２２ｄは、加圧・加熱工程において、平板状部材９０の周囲を封止する機能を果たす。本実施形態では、垂直方向において平板状部材９０を取り囲む樹脂フィルムが熱硬化性樹脂フィルム２１ｄであるので、上記２枚の樹脂フィルム２２ｃ，２２ｄが、平板状部材９０の周囲を封止する機能を果たす。

このように、半導体チップ５０を封止する熱可塑性樹脂フィルム２２ｂ，２２ｃとしては、熱可塑性樹脂フィルムにガラス繊維やアラミド繊維などの無機材料を含まないだけでなく、線膨張係数や融点を調整するための無機フィラーも含まないものを採用することが好ましい。こうすることで、加圧・加熱工程において、半導体チップ５０に、局所的に応力がかかるのを抑制することができる。

しかしながら、線膨張係数や融点を調整するための無機フィラーも含まない熱可塑性樹脂フィルム２２ｂ，２２ｃを採用すると、無機フィラーが無い分、半導体チップ５０との線膨張係数差が大きくなり、これにともなう応力が増加することが考えられる。したがって、応力低減のために、熱可塑性樹脂フィルム２２ｂ，２２ｃとして弾性率の低い（例え
ば１０ＧＰａ以下）樹脂フィルムを採用すると良い。

また、半導体チップ５０を封止する熱可塑性樹脂フィルム２２ｂ，２２ｃとしては、厚さが５μｍ以上のものを採用することが好ましい。５μｍ未満とすると、加圧・加熱工程において、これら樹脂フィルム２２ｂ，２２ｃの応力が高くなり、半導体チップ５０の表面から剥がれてしまう恐れがあるためである。

次いで、真空熱プレス機を用いて積層体を加熱しつつ積層方向上下から加圧する加圧・加熱工程を実施する。この工程では、熱可塑性樹脂を軟化させて複数枚の樹脂フィルムを
括で一体化するとともに半導体チップ５０及び平板状部材９０を封止し、導電性ペースト４０ａ中の導電性粒子を焼結体として、該焼結体と導体パターン３０を有した配線部を形成する。

加圧・加熱工程では、樹脂フィルムを一括で一体化して絶縁基材２０とするとともに、導電性ペースト４０ａ中の導電性粒子を焼結体とするために、樹脂フィルムを構成する熱可塑性樹脂のガラス転移点以上融点以下の温度、数ＭＰａの圧力を所定時間保持する。本実施形態では、２８０℃〜３３０℃のプレス温度、４〜５ＭＰａの圧力を５分以上（例えば１０分）保持する。

先ず、加圧・加熱工程において、樹脂フィルム部分の接続について説明する。

１枚おきに配置された熱可塑性樹脂フィルム２２ａ〜２２ｄは、上記加熱により軟化する。このとき、圧力を受けているため、軟化した熱可塑性樹脂フィルム２２ａ〜２２ｄは、隣接する熱硬化性樹脂フィルム２１ａ〜２１ｄに密着する。これにより、複数の樹脂フィルム２１ａ〜２１ｄ，２２ａ〜２２ｄが一括で一体化し、絶縁基材２０が形成される。このとき、ヒートシンク６０にも、隣接する熱可塑性樹脂フィルム２２ｄが密着するため、ヒートシンク６０も絶縁基材２０に一体化する。

また、半導体チップ５０に隣接する熱可塑性樹脂フィルム２２ｂ，２２ｃは、圧力を受けて流動し、半導体チップ５０の電極５１ａ形成面、及び、その裏面であるダミー電極５１ｂ形成面に密着する。また、半導体チップ５０の側面と熱硬化性樹脂フィルム２１ｃとの隙間にも入り込み、該隙間を埋めるとともに、半導体チップ５０の側面に密着する。したがって、熱可塑性樹脂（熱可塑性樹脂フィルム２２ｂ，２２ｃ）により、半導体チップ５０が封止される。

さらに、平板状部材９０に隣接する熱可塑性樹脂フィルム２２ｃ，２２ｄは、圧力を受けて流動し、平板状部材９０に密着する。また、平板状部材９０の側面と熱硬化性樹脂フィルム２１ｄとの隙間にも入り込み、該隙間を埋めるとともに、平板状部材９０の側面に密着する。したがって、熱可塑性樹脂（熱可塑性樹脂フィルム２２ｃ，２２ｄ）により、平板状部材９０が封止される。

次に、加圧・加熱工程において、半導体チップ５０の電極５１ａ，ダミー電極５１ｂ、導体パターン３０、層間接続ビア４１、放熱用接続ビア４２、ヒートシンク６０、平板状部材９０の接続について説明する。

上記加熱により、導電性ペースト４０ａ中のＳｎ（融点２３２℃）が溶融し、同じく導電性ペースト４０ａ中のＡｇ粒子に拡散して、Ａｇ−Ｓｎ合金（融点４８０℃）を形成する。また、導電性ペースト４０ａに圧力が加えられているため、焼結により一体化した合金からなる層間接続ビア４１及び放熱用接続ビア４２がビアホール内に形成される。

溶融したＳｎは、導体パターン３０、ヒートシンク６０、及び平板状部材９０を構成するＣｕとも相互拡散する。これにより、層間接続ビア４１と導体パターン３０の界面、放熱用接続ビア４２とヒートシンク６０の界面、及び放熱用接続ビア４２と平板状部材９０の界面に金属拡散層（Ｃｕ−Ｓｎ合金層）が形成される。

溶融したＳｎは、半導体チップ５０のダミー電極５１ｂを構成するＮｉとも相互拡散する。これにより、放熱用接続ビア４２とダミー電極５１ｂとの界面に金属拡散層（Ｎｉ−Ｓｎ合金層）が形成される。

また、スタッドバンプ５２ａを構成するＡｕが、半導体チップ５０の電極５１ａを構成するＡｌに固相拡散する。電極５１ａはファインピッチ対応の電極であるため、電極５１ａを構成するＡｌの量は、スタッドバンプ５２ａを構成するＡｕの量に比べて少なく、電極５１ａのうち、スタッドバンプ５２ａと対向する部位の厚み方向のＡｌ全てがＡｕとの合金化に費やされて、加圧・加熱工程後では、上記部位において、Ａｌを金属単体で含まないものとなる。また、加圧・加熱後の電極５１ａは、Ａｕ−Ａｌ合金として、主としてＡｕ_４Ａｌ合金を含むものとなる。

なお、加圧・加熱工程において、Ａｕ_４Ａｌ合金が生成する前に、成長速度の速いＡｕ_５Ａｌ_２が生成されたとしても、圧力が印加されているため、上記したカーケンダルボイドの生成を抑制することができる。

さらに、スタッドバンプ５２ａを構成するＡｕと導体パターン３０（パッド３１）を構成するＣｕとが相互に拡散する。これにより、スタッドバンプ由来の接続部５２とパッド３１との界面に、ＣｕＡｕ_３合金を含むＣｕ―Ａｕ合金層が形成される。Ｃｕ−Ａｕ合金は、２５０℃程度以上の加熱があれば生成でき、上記した加圧・加熱条件によれば、ＣｕＡｕ_３合金層を形成することができる。

また、スタッドバンプ５２ａは、固相拡散接合に消費されたＡｕの残りにより、Ａｕ−Ａｌ合金からなる部位を含む電極５１ａと、Ｃｕからなり、界面にＣｕ−Ａｕ合金層を有するパッド３１とを電気的に接続する接続部５２となる。このように、加圧・加熱工程において、スタッドバンプ５２ａとパッド３１との接続状態を、直接的な接合状態とする。

以上により、図７に示すように、絶縁基材２０に半導体チップ５０が内蔵され、半導体チップ５０が熱可塑性樹脂によって封止され、半導体チップ５０と外部接続用電極３３とが配線部によって電気的に接続され、半導体チップ５０とヒートシンク６０とが平板状部材９０を含む放熱配線部によって熱的に接続された基板を得ることができる。

そして、この基板に対し、絶縁基材２０の一面２０ａ側から外部接続用電極３３を底面とする孔を形成し、孔内にメッキ膜などの導電部材を配置したあと、導電部材上にはんだボール７０を形成することで、図１に示す回路基板１０を得ることができる。

このようにすることによって、半導体チップ５０に対向する位置に平板状部材９０ではなく放熱用接続ビア４２を設ける場合よりも、温度変化の際に生じる半導体チップ５０とヒートシンク６０との間における全体の変位量を減らすことができる。よって、半導体チップ５０のヒートシンク６０と対向する一面全体における局所的な応力が低減された回路基板１０を製造することができる。また、このように、半導体チップ５０に対する局所的な応力を低減することができるので、信頼性が高い回路基板１０を製造することができる。

また、本実施の形態における回路基板１０においては、放熱用接続ビア４２を介して半導体チップ５０及びヒートシンク６０に接続された平板状部材９０を設けているため、加圧・加熱工程時に半導体チップ５０に局所的な応力が加えられることも抑制することができる
次に、上記実施形態に示した回路基板１０及びその製造方法におけるその他の特徴部分の効果について説明する。

本実施形態では、回路基板１０を形成するに当たり、熱可塑性樹脂フィルム２２ａ〜２２ｄが、少なくとも１枚おきに位置しつつ半導体チップ５０の電極５１ａ形成面及び該電極形成面の裏面に隣接するように、複数枚の樹脂フィルム２１ａ〜２１ｄ，２２ａ〜２２ｄを積層して積層体とする。

したがって、加圧・加熱により、熱可塑性樹脂フィルム２２ａ〜２２ｄを構成する熱可塑性樹脂を接着材として、複数枚の樹脂フィルム２１ａ〜２１ｄ，２２ａ〜２２ｄを一括で一体化することができる。また、少なくとも半導体チップ５０に隣接する熱可塑性樹脂フィルム２２ｂ，２２ｃによって半導体チップ５０を封止することができる。さらには、上記加圧・加熱により、導電性ペースト４０ａ中の導電性粒子を焼結体として導体パターン３０とともに配線部を形成することができる。このため、回路基板１０の製造工程を簡素化することができる。

また、積層体を形成する積層工程の前に、半導体チップ５０と、基板（熱硬化性樹脂フィルム２１ｂ）との間に熱可塑性樹脂フィルム２２ｂを配置し、熱可塑性樹脂の融点以上の温度で加熱しつつ加圧する。したがって、温度を熱可塑性樹脂の融点以上まで上げている間は、熱可塑性樹脂に流動性を持たせることができ、加圧によりスタッドバンプ５２ａとパッド３１との間に位置する熱可塑性樹脂を移動させ、スタッドバンプ５２ａをパッド３１に直接接触させて、スタッドバンプ５２ａとパッド３１とを圧接状態とすることができる。

このとき、溶融した熱可塑性樹脂が圧力を受けて流動し、スタッドバンプ５２ａとパッド３１の接続部の周囲を含んで、半導体チップ５０と基板（熱硬化性樹脂フィルム２１ｂ）の間を封止する。したがって、各接続部間での電気的な絶縁性を確保することができる。また、接続部における接続信頼性を向上することができる。

また、スタッドバンプ５２ａとパッド３１とが圧接状態となった時点でフリップチップ実装工程（加熱・加圧）を終了し、加圧・加熱工程で受ける加圧・加熱により、スタッドバンプ５２ａとパッド３１とを接合状態とする。このように、加圧・加熱工程の熱と圧力を利用することで、スタッドバンプ５２ａ（接続部５２）とパッド３１とを接合状態とするので、圧接状態に比べて、半導体チップ５０の電極５１ａとパッド３１との電気的な接続信頼性を向上することができる。

また、フリップチップ実装工程では、スタッドバンプ５２ａとパッド３１とを圧接状態としておき、加圧・加熱工程の熱と圧力を利用することで、スタッドバンプ５２ａとパッド３１とを接合状態とする。したがって、フリップチップ実装工程において、スタッドバンプ５２ａとパッド３１とを接合状態とし、その後、加圧・加熱工程を実施する方法に比べて、製造時間を短縮することができる。

なお、積層工程の前にスタッドバンプ５２ａをパッド３１に接触させず、加圧・加熱工程にて、スタッドバンプ５２ａをパッド３１に接触させ、且つ、接合状態となるようにすると、軟化した熱可塑性樹脂の緩衝効果により、スタッドバンプ５２ａが第２フィルムとしての熱可塑性樹脂フィルム２２ｂに押し込まれにくくなる。その結果、スタッドバンプ５２ａとパッド３１との間に熱可塑性樹脂が残ってしまうことも考えられる。

これに対し、本実施形態では、積層工程の前に、スタッドバンプ５２ａとパッド３１とを圧接状態としておくので、加圧・加熱工程の加圧・加熱により、スタッドバンプ５２ａとパッド３１とを確実に接合状態とすることができる。

また、本実施形態では、熱硬化性樹脂フィルム２１ａ〜２１ｄのみに導体パターン３０を形成し、熱可塑性樹脂フィルム２２ａ〜２２ｄには導体パターン３０を形成しない。したがって、加圧・加熱工程などで熱可塑性樹脂が軟化し、圧力を受けて流動しても、導体パターン３０は熱硬化性樹脂フィルム２１ａ〜２１ｄに固定されているため、導体パターン３０の位置ズレを抑制することができる。このため、ファインピッチ対応の半導体チップ５０を内蔵する回路基板１０に好適である。

また、本実施形態では、加圧・加熱工程において、スタッドバンプ５２ａを構成するＡｕが、スタッドバンプ５２ａの一端側に接する電極５１ａのＡｌに固相拡散するとともに、スタッドバンプ５２ａの他端側に接するパッド３１のＣｕと固相拡散する。したがって、スタッドバンプ５２ａ（接続部５２）を介した電極５１ａとパッド３１との電気的な接続信頼性をより向上できるとともに、Ａｕ−Ａｌ合金とＣｕ−Ａｕ合金を同一の工程で形成することで製造工程を簡素化することもできる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施す
ることが可能である。

絶縁基材２０を構成する複数枚の樹脂フィルムの構成は、上記例に限定されるものではない。樹脂フィルムの枚数は上記例（８枚）に限定されるものではない。半導体チップ５０を内蔵できる枚数であれば良い。

熱可塑性樹脂フィルムの構成材料も上記例に限定されない。例えば、ＰＥＥＫ／ＰＥＩからなるものであっても、上記例とは比率の異なるものを採用しても良い。また、ＰＥＥＫ／ＰＥＩ以外の構成材料、例えば液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、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（ＦＥＰ）、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（ＰＦＡ）などを採用しても良い。

加圧・加熱工程での半導体チップ５０への局所的な応力印加を抑制すべく、熱可塑性樹脂フィルム２２ａ〜２２ｄとして、ガラス繊維、アラミド繊維などの基材に用いられる無機材料、融点や線膨張係数の調整のために添加される無機フィラーを有さないフィルムを用いる例を示したが、これらを含む熱可塑性樹脂フィルム２２ａ〜２２ｄを採用することもできる。しかしながら、上記したように、半導体チップ５０を封止するのに用いる熱可塑性樹脂フィルム（本実施形態では２枚の熱可塑性樹脂フィルム２２ｂ，２２ｃ）については、半導体チップ５０への局所的な応力印加を抑制するために、ガラス繊維、アラミド繊維などの基材に用いられる無機材料、融点や線膨張係数の調整のために添加される無機フィラーを有さないフィルムを用いることが好ましい。

熱硬化性樹脂フィルムの構成材料も上記例に限定されない。例えば、ガラス繊維、アラミド繊維などの基材に用いられる無機材料を含むフィルムを採用することもできる。また、熱硬化性ポリイミド以外の熱硬化性樹脂を採用することもできる。

また、複数枚の樹脂フィルムとして、熱硬化性樹脂フィルムを含まず、熱可塑性樹脂フィルムのみを含む構成としても良い。また、熱硬化性樹脂フィルムよりも熱可塑性樹脂フィルムの枚数が多く、積層状態で一部、熱可塑性樹脂フィルムが連続する構成としても良い。

本実施形態では、半導体チップ５０がフリップチップ実装される基板として、第１フィルムとしての熱硬化性樹脂フィルム２１ｂの例を示した。しかしながら、第１フィルムとして熱可塑性樹脂フィルムを採用しても良い。また、第１フィルムを含む、複数枚の樹脂フィルムを用いて基板を構成しても良い。

また、樹脂フィルムの厚さや、導体パターン３０の厚さも上記例に限定されるものではない。ただし、積層方向において、半導体チップ５０に隣接し、半導体チップ５０を封止する熱可塑性樹脂フィルム２２ｂ，２２ｃについては、上記したように、厚さが５μｍ以上のものを採用することが好ましい。

（変形例１）
上述の実施の形態においては、平板状部材９０は、半導体チップ５０の一面全域と対向するように、垂直方向において半導体チップ５０の一面以上の大きさ（面積）を有する例を採用したが本発明はこれに限定されるものではない。

図８に示すように、変形例１の回路基板１０においては、半導体チップ５０の一面には、ダミー電極５１ｂとともに、電気的な接続機能を提供する電極５１ｃが設けられる。この電極５１ｃは、半導体チップ５０に設けられた回路と電気的に接続されるとともに、配線部により外部接続用電極３３と電気的に接続される。両面に電極５１ａ、５１ｃを有するのは、素子として、厚み方向に電流が流れる素子、例えば縦型のＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ、抵抗などを含むためである。

例えば、図９に示すように、変形例１の回路基板１０は、半導体チップ５０の一面における周縁領域（例えば、外周一列分）に電極５１ｃが設けられ、この電極５１ｃに取り囲まれる領域にダミー電極５１ｂが設けられる。また、平板状部材９０は、ダミー電極（放熱用電極）形成領域と対向するように、厚み方向に垂直な方向においてダミー電極形成領域と同程度の大きさを有するようにする。なお、半導体チップ５０における平板状部材９０と対向する領域にのみ、応力によって特性が変動する回路素子は配置されているものとする。

このようにすることによって、半導体チップ５０は、ヒートシンク６０と対向する一面においても、電気的な接続を行うことができるので好ましい。

また、半導体チップ５０の一面にダミー電極５１ｂとともに電気的な接続機能を提供する電極５１ｃが設けられる場合、半導体チップ５０とヒートシンク６０との間に配置される樹脂フィルムの積層枚数を増やす必要がある。これによって、放熱用接続ビア４２を厚み方向に積層する必要がある。この場合、放熱用接続ビア４２を一層だけ設ける場合よりも半導体チップ５０に対する局所的な応力が大きくなる。

しかしながら、平板状部材９０を設けることによって、半導体チップ５０の一面にダミー電極５１ｂとともに電気的な接続機能を提供する電極５１ｃが設けられる場合であっても、半導体チップ５０における少なくとも回路素子が配置された部位に対する局所的な応力を低減することができる。つまり、本発明の平板状部材９０は、このような構造において特に有効である。

（変形例２）
また、図１０に示すように、変形例２の回路基板１０においては、半導体チップ５０の一面における平板状部材９０との対向領域に、ダミー電極５１ｂとともに電気的な接続機能を提供する電極５１ｃが設けられるようにしてもよい。つまり、半導体チップ５０の一面と平板状部材９０との対向領域に、電極５１ｃと電気的に接続される配線部を設けるようにしてもよい。両面に電極５１ａ、５１ｃを有するのは、素子として、厚み方向に電流が流れる素子、例えば縦型のＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ、抵抗などを含むためである。

このようにすることによって、半導体チップ５０は、平板状部材９０と対向する位置においても、電気的な接続を行うことができるので好ましい。

また、半導体チップ５０の一面における平板状部材９０との対向領域に、ダミー電極５１ｂとともに電気的な接続機能を提供する電極５１ｃが設けられる場合、半導体チップ５０とヒートシンク６０との間に配置される樹脂フィルムの積層枚数を増やす必要がある。これによって、放熱用接続ビア４２を厚み方向に積層する必要がある。この場合、放熱用接続ビア４２を一層だけ設ける場合よりも半導体チップ５０に対する局所的な応力が大きくなる。

しかしながら、平板状部材９０を設けることによって、半導体チップ５０の一面における平板状部材９０との対向領域にダミー電極５１ｂとともに電気的な接続機能を提供する電極５１ｃが設けられる場合であっても、半導体チップ５０における少なくとも回路素子が配置された部位に対する局所的な応力を低減することができる。つまり、本発明の平板状部材９０は、このような構造において特に有効である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。

１０・・・回路基板
２０・・・絶縁基材
２１ａ〜２１ｄ・・・熱硬化性樹脂フィルム
２２ａ〜２２ｄ・・・熱可塑性樹脂フィルム
３０・・・導体パターン
４１・・・層間接続ビア
４２・・・放熱用接続ビア
５０・・・半導体チップ
５１ａ・・・電極
５１ｂ・・・ダミー電極
６０・・・ヒートシンク
９０・・・平板状部材

Claims (9)

1. 熱可塑性樹脂を含む絶縁基材に、導体パターン及び層間接続ビアを含む配線部が設けられた回路基板であり、
   前記絶縁基材の厚み方向に垂直な該絶縁基材の一面に配置された放熱部材と、
   少なくとも一つの回路素子を含むものであり、前記放熱部材側の一面に放熱用電極を有し、前記一面及び該一面の裏面の少なくとも一方に前記配線部と電気的に接続された電気接続用電極を有し、前記絶縁基材に埋設されて該絶縁基材の熱可塑性樹脂により封止された回路チップと、
   前記絶縁基材に設けられ、前記回路チップの前記放熱用電極と前記放熱部材とを熱的に接続する放熱用接続ビアと、
   前記放熱用接続ビアを介して前記回路チップ及び前記放熱部材に接続されるものであり、熱伝導率が前記絶縁基材よりも高く、前記厚み方向において前記導体パターンよりも厚く、前記絶縁基材に埋設されつつ、前記回路チップと前記放熱部材との間に配置された平板状部材と、を備え、
   前記平板状部材は、少なくとも前記回路チップの一面における回路素子形成領域全域と対向するように、前記厚み方向に垂直な方向において前記回路素子形成領域以上の大きさを有することを特徴とする回路基板。
2. 前記平板状部材は、前記厚み方向の線膨張係数が前記絶縁基材における厚み方向の線膨張係数よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. 前記回路チップの一面には、前記放熱用電極とともに前記電気接続用電極が設けられ、
   前記絶縁基材の放熱部材配置面と反対の面に、外部接続用電極としての前記導体パターンが設けられ、
   前記回路チップの一面に設けられた前記電気接続用電極と前記外部接続用電極とが前記配線部により電気的に接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路基板。
4. 前記回路チップの一面における周縁領域に前記電気接続用電極が設けられ、当該電気接続用電極に取り囲まれる領域に前記放熱用電極が設けられ、
   前記平板状部材は、放熱用電極形成領域と対向するように、前記厚み方向に垂直な方向において前記放熱用電極形成領域と同程度の大きさを有することを特徴とする請求項３に記載の回路基板。
5. 前記平板状部材は、前記回路チップの一面全域と対向するように、前記厚み方向に垂直な方向において前記一面以上の大きさを有することを特徴とする求項１乃至３のいずれか一項に記載回路基板。
6. 前記回路チップの一面における前記平板状部材との対向領域に、前記電気接続用電極と前記放熱用電極とが設けられることを特徴とする請求項２又は３又は５に記載の回路基板。
7. 前記回路チップの裏面にも前記電気接続用電極が設けられ、前記回路チップの裏面に設けられた前記電気接続用電極と前記外部接続用電極とが前記配線部により電気的に接続されることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の回路基板。
8. 前記平板状部材は、熱伝導率が前記放熱用接続ビアの熱伝導率以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の回路基板。
9. 前記平板状部材は、前記厚み方向に垂直な方向の線膨張係数が前記回路チップと等しいことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の回路基板。

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