デバイス実装構造の製造方法
【課題】電極配置の異なる二つのデバイスについて、互いの電極同士を、位置精度良く、電気的に接続した実装構造を製造することが可能な、デバイス実装構造の製造方法を提供する。
【解決手段】基板に、基板の一方の主面側において、第１のデバイスを構成する複数の電極と対向する複数の位置に、個々に、精度良く露呈する一端と、基板の他方の主面側において第２のデバイスを構成する複数の電極と対向する複数の位置に、個々に、精度良く露呈する他端とを有する複数の改質部を形成する工程Ａ１と、改質部が形成された領域に貫通孔を形成する工程Ａ２と、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、基板の一方の主面側から第１のデバイスの電極を貫通配線の一端に位置整合させて接合し、基板の他方の主面側から第２のデバイスの電極を貫通配線の他端に位置整合させて接合する工程Ａ４とを有する。
【解決手段】基板に、基板の一方の主面側において、第１のデバイスを構成する複数の電極と対向する複数の位置に、個々に、精度良く露呈する一端と、基板の他方の主面側において第２のデバイスを構成する複数の電極と対向する複数の位置に、個々に、精度良く露呈する他端とを有する複数の改質部を形成する工程Ａ１と、改質部が形成された領域に貫通孔を形成する工程Ａ２と、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、基板の一方の主面側から第１のデバイスの電極を貫通配線の一端に位置整合させて接合し、基板の他方の主面側から第２のデバイスの電極を貫通配線の他端に位置整合させて接合する工程Ａ４とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を貫通する貫通配線を有する貫通配線基板の両面にデバイスを実装してなるデバイス実装構造を製造するためのデバイス実装構造の製造方法に関する。
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板の両面にそれぞれ実装されたデバイス同士を電気的に接続する方法として、基板を貫通する貫通配線を設ける方法がよく用いられている。
【０００３】
基板の主面と垂直な方向に形成されている従来の貫通配線を備えた貫通配線基板では、複数の基板を積層配置した場合に、接合外力によるダメージによって貫通配線電極の抜け落ちや界面の剥離が起こることがある。
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。
【０００４】
また、基板の両面に実装されるデバイスの種類が互いに異なる場合、デバイスごとに必要な電極の配置が異なる。このため、その差異を解消するための表面配線を用いることがある。しかしながら、基板の主面に表面配線を設ける場合、主面における表面配線の占有面積が増大する。また、配線同士が短絡したり配線を流れる電気信号が干渉したりするのを避けるため、配線同士の間には所定の間隔（スペース）を設ける必要がある。その結果、基板上におけるデバイス配置の設計自由度が小さいという問題がある。また、配線長が長いと、信号遅延が発生したり、高周波特性が劣化したりする場合がある等の問題もある。
【０００５】
さらに、各デバイスが基板と対向する面に有する電極の数が多い場合、上記のような表面配線だけでは対応できない。この場合、配線層を多層にし、各層を層間ビアで接続した多層配線構造にする必要がある。そのため、多層配線にすることによる配線長の増大、及びそれに伴う高周波特性の劣化等の問題が発生し、また、基板作製プロセスも煩雑になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本国特許第３８９６０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
貫通配線基板の両主面に実装されたデバイスが互いに異なる電極配置を有するデバイスであり、電極が高密度に配置されている場合、該貫通配線基板に配された貫通配線が両主面に有する開口部は高い位置精度で設けられることが要求される。
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。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電極が高密度かつ異なるレイアウトで配置されたデバイスに対して、多層配線構造にすることなく、貫通配線基板の両面に実装したデバイスの電極同士を自由自在に精度良く接続することができる、デバイス実装構造の製造方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、前記基板の一方の主面側において前記第１のデバイスの電極と整合する位置に露呈する一端と、前記基板の他方の主面側において前記第２のデバイスの電極と整合する位置に露呈する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、前記一方の主面及び前記他方の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を設けるステップと、他の片方の主面に対して傾いて延び、前記直線部分に連結された部分を設けるステップとからなる。
【００１０】
前記改質部は、フェムト秒レーザーを用いて形成されていてもよい。
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。
【００１１】
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を有していてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のデバイス実装構造の製造方法によれば、貫通配線基板の両面に実装したデバイスの電極同士を、表面配線を介することなく電気的に接続することができるので、電極が高密度に配置された小型のデバイスであっても自由自在に接続することが可能になる。また、貫通配線基板の両面に実装したデバイスの高密度に配置された電極同士を自由自在に接続する際、該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でも、該貫通配線基板の主面に設けられた開口部の位置は変動しない。この結果、該接続を精度良く、かつ歩留まり良く実施することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の一形態例に係るデバイス実装構造を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２Ａ】図１Ａ及び１Ｂに示すデバイス実装構造に用いられる貫通配線基板の平面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】図２Ａ及び２Ｂに示す貫通配線基板の斜視図である。
【図４Ａ】基板に貫通孔及び貫通配線を形成する工程の最初の段階を示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに続く段階を示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂに続く段階を示す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｃに続く段階を示す断面図である。
【図５Ａ】同形態例の第１変形例に係るデバイス実装構造を示す平面図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６Ａ】同形態例の第２変形例に係るデバイス実装構造を示す平面図である。
【図６Ｂ】図６ＡのＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図７Ａ】同形態例の第３変形例に係るデバイス実装構造を示す平面図である。
【図７Ｂ】図７ＡのＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図８Ａ】同形態例の第４変形例に係るデバイス実装構造を示す平面図である。
【図８Ｂ】図８ＡのＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【図９】図８Ａ及び８Ｂに示すデバイス実装構造の左下４分の１の部分における電極の接続関係を模式的に示す部分平面図である。
【図１０】本発明に係るデバイス実装構造にバンプを設けた一例を示す断面図である。
【図１１】本発明に係るデバイス実装構造にモールド樹脂層を設けた一例を示す断面図である。
【図１２】本発明に係るデバイス実装構造にキャビティー付き保護部材を設けた一例を示す断面図である。
【図１３Ａ】流路を有する貫通配線基板の第１例を示す平面図である。
【図１３Ｂ】図１３ＡのＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図１３Ｃ】図１３ＡのＪ−Ｊ線に沿う断面図である。
【図１４Ａ】流路を有する貫通配線基板の第２例を示す平面図である。
【図１４Ｂ】図１４ＡのＫ−Ｋ線に沿う断面図である。
【図１４Ｃ】図１４ＡのＬ−Ｌ線に沿う断面図である。
【図１５Ａ】流路を有する貫通配線基板の第３例を示す平面図である。
【図１５Ｂ】図１５ＡのＭ−Ｍ線に沿う断面図である。
【図１５Ｃ】図１５ＡのＮ−Ｎ線に沿う断面図である。
【図１６Ａ】流路として用いられる貫通孔を有する貫通配線基板の製造方法の最初の段階を示す断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａに続く段階を示す断面図である。
【図１６Ｃ】図１６Ｂに続く段階を示す断面図である。
【図１６Ｄ】図１６Ｃに続く段階を示す断面図である。
【図１６Ｅ】図１６Ｄに続く段階を示す断面図である。
【図１６Ｆ】図１６Ｅに続く段階を示す断面図である。
【図１７】従来の貫通配線基板における貫通配線の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態を、図面を参照して説明する。
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。
【００１５】
また、貫通配線１６となる貫通孔１３は、屈曲部４１を有し、開口部１５から屈曲部４１まで延びた直線部分４１ａと、屈曲部４１から開口部１４まで延びた、第１主面１１及び第２主面１２に対して斜めに延びた直線部分とからなる。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。
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。
【００１６】
貫通配線基板１９により、第１のデバイス１の複数の電極３と第２のデバイス２の複数の電極４とが、複数の貫通配線１６を介して電気的に接続される。これらの電極３，４間を貫通配線１６によりできるだけ短くつなぐためには、ｔ１’ができるだけ短い方が好ましい。さらに、屈曲部４１と開口部１４との間（第１主面１１及び第２主面１２に対して傾いて延びた部分）が、直線形成を有することが好ましい。
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。
【００１７】
上述したように、t１’の長さはできるだけ短い方が好ましい。t１’の長さは、ロットごとに生じ得る元の基板厚さのばらつきや、貫通配線基板１９の製造工程において発生し得る基板１０の厚みの加工ばらつきを考慮し、必ず直線部分４１aが設けられるように適宜設計される。
【００１８】
さらに、図４Ａ〜５Ｂを参照して説明する。図４Ａ〜４Ｄは、基板１０に貫通配線１６を形成する方法の一例を示す断面図である。
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。
【００１９】
次に、改質部４６を形成した基板１０をエッチング液（薬液）に浸漬して、改質部４６をエッチング（ウェットエッチング）により基板１０から除去する。その結果、図４Ｂに示すように、改質部４６が存在した部分に、貫通孔１３が形成される（工程Ａ２）。
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。
【００２０】
ここで、基板１０に厚みの変動があった場合、例えば基板１０の元の厚みが想定した厚みよりも薄かった場合、又は基板１０の研磨が想定よりも進み過ぎた場合には、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、Ｔ２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。
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。
【００２１】
上記の例では、貫通配線１６の形成する工程Ａ３の後に、基板１０の第２主面１２を研磨する工程Ａ５を行ったが、改質部４３を形成する工程Ａ１、又は貫通孔１３を形成する工程Ａ２の後に該工程Ａ５を行ってもよい。いずれの場合であっても、製造される貫通配線基板１９を所望の厚みにすることができる。
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。
【００２２】
また、上記の例では、第２主面１２を研磨する場合を説明したが、第１主面１１側に直線部分４２ａを設けて（図５Ｂ参照）、該第１主面１１を研磨することによって、基板１０の厚みを所望のものとしてもよい。この場合にも、上記の第２主面１２を研磨する場合と同様の効果が得られる。
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。
【００２３】
前述のような基板１０の厚みの意図しない変動が起きた場合でも、該変動の大きさは、通常１μｍ〜５０μｍの範囲内に収まる。よって、工程Ａ１において形成される改質部４３の有する直線部分４１ａ又は４２ａの長さは、見込まれる変動の大きさよりも長ければよい。なお、貫通配線１６が長くなると、デバイス間の信号遅延や、高周波特性の劣化が生じる場合があるので、前記長さｔ１’及びｔ２’は短い程より好ましい。
【００２４】
単一の貫通配線１６における長さｔ１’とｔ２’とは、同じであっても異なっていても良い。
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。
【００２５】
上記のようにして製造された本発明に係る貫通配線基板１９では、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直線部分４１ａ及び／又は直線部分４２ａを有する。
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。
【００２６】
本発明において、デバイスの電極配置（レイアウト）とは、当該デバイスの貫通配線基板の主面に対向する面内において貫通配線と接続される電極の二次元配置を意味する。つまり、単にデバイス全体を平行移動させて、すべての電極の位置を同じ方向に同じ距離ずらしただけでは、当該デバイスの電極配置は変化しない。２つのデバイス間で、対応する２つの電極間の距離や、対応する３つの電極間の角度等が、少なくとも１箇所で相違する場合、これら２つのデバイスの電極配置は互いに異なる。例えば、２つのデバイスの電極配置が、電極間ピッチのみが異なる相似の関係にある場合も、これら２つのデバイスの電極配置は互いに異なる。また、２つのデバイスの電極が、全く同じレイアウトを持つ複数のブロックからなる場合でも、これらブロックの位置が２つのデバイス間で異なる場合には、2つのデバイスの電極配置は互いに異なる。更に、当該電極配置においては、貫通配線と接続されない電極は、もしあったとしても除外され、貫通配線と接続される電極のみが考慮される。
【００２７】
両面に実装されるデバイスの電極配置が同一であれば、すべての貫通配線を基板の主面に垂直に形成し、あるいは斜めであってもすべての貫通配線を同じ方向に（平行に）形成すれば、これらの貫通配線を介して両デバイスの電極同士を一対一の対応関係で接続することができる。しかし、本発明においては、両デバイスの電極配置が互いに異なる。このため、すべての貫通配線が基板の主面に対して垂直に形成され、または斜めであっても互いに平行になるように形成されている場合には、少なくとも一方のデバイスの電極と導通部との位置が一致せず、表面配線が必要になる。本発明では、デバイス間の接続のための表面配線を不要にするために、第１主面１１上における第１の導通部２１４（第１の開口部１４）の配置と、第１のデバイス１の電極配置とを一致させるとともに、第２主面１２上における第２の導通部２１５（第２の開口部１５）の配置と、第２のデバイス２の電極配置とを一致させている。これにより、貫通配線基板１９に表面配線を設けることなく、デバイス１，２間を接続することができる。
【００２８】
図１Ａ〜３，５Ａ，５Ｂに示す例では、両デバイス１，２の電極配置が、デバイス１，２の周縁部に電極３，４が並ぶペリフェラル配置である。しかも、両デバイス１，２の寸法（基板１０の主面１１，１２に沿う方向の長さや面積等）が互いに異なる。貫通配線基板１９の貫通配線１６は、寸法が小さいデバイス１の電極３から寸法が大きいデバイス２の電極４へ向けて形成されている。つまり、第１の導電部２１４は基板１０の第１主面１１の中心部にあり、第２の導電部２１５は基板１０の第２主面１２の外周寄りにあり、貫通配線１６は略放射状に延びている。
【００２９】
このように、本形態例の貫通配線基板１９では、貫通配線１６が設けられる貫通孔１３がいずれも非平行である（直線部分４１ａ及び直線部分４２ａは除く）。このため、貫通孔１３の形成方法は、後述するように、任意の向きに貫通孔１３を形成することが可能な方法が採用される。
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。
【００３０】
基板１０の材料は、ガラス、プラスチック、セラミックス等の絶縁体や、シリコン（Ｓｉ）等の半導体が挙げられる。半導体基板の場合は、貫通孔１３の内壁や主面１１，１２等に絶縁層を形成することが望ましい。絶縁性基板の場合は、貫通孔１３の内壁にさらに絶縁層を形成する必要がない。
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。
【００３１】
貫通配線１６は、上述したように、基板１０の第１主面１１の、第１のデバイス１の電極３と対向する位置に開口した第１の開口部１４と、基板１０の第２主面１２の、第２のデバイス２の電極４と対向する位置に開口した第２の開口部１５と、を有する貫通孔１３に、導体を充填または成膜して設けられる。
【００３２】
貫通孔１３の形成には、石英ガラス製の基板に対して特に適した方法であるフェムト秒レーザーによる改質とウェットエッチングとを併用する方法や、ＮＣドリル等の機械的手法をさらに併用した方法を用いることができる。フェムト秒レーザーを用いて改質をおこなうと、レーザーが照射された部分の基板材質が変化し、エッチャントに対する耐性が、レーザーが照射されてない部分と比べて低下するので、容易に孔を形成することができる。
【００３３】
貫通配線１６に用いる導体としては、銅（Ｃｕ）やタングステン（Ｗ）等の金属、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等の合金、ポリシリコン等の非金属の導体が挙げられる。作製方法は、めっき法、スパッタ法、溶融金属充填法、ＣＶＤ、超臨界成膜法、あるいはこれらを組み合わせた手法など、適宜用いることができる。
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。
【００３４】
本発明のデバイス実装構造では、貫通配線１６となる貫通孔１３の開口部１４及び１５に対向するようにデバイスの電極３及び４がそれぞれ配置される。そのため、貫通配線１６は、貫通孔１３内部に導体が完全に充填された中実構造であると、貫通孔１３の内壁のみに導体層が形成された中空構造である場合に比べて、機械的にも電気的にも接続の安定性が増大するので好ましい。
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。
【００３５】
デバイス１，２としては、メモリー（記憶素子）やロジック（論理素子）等の集積回路（ＩＣ）、センサなどのＭＥＭＳデバイス、発光素子や受光素子などの光学デバイスが挙げられる。デバイス１，２は、電極配置が異なるものであれば、機能が相違するものでも機能が同一のものでも構わない。特に、異種デバイスを高密度で集積することで、３次元システムインパッケージ（ＳｉＰ）を実現することが可能である。
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。
【００３６】
貫通配線基板１９の製造においては、それぞれのデバイス１，２の電極配置に対応した開口部１４，１５を有する貫通孔１３となる改質部４３を基板１０内に形成し（工程Ａ１）、該改質部４３を基板１０から除いて貫通孔１３を形成し（工程Ａ２）、この貫通孔１３内に導体を充填または成膜することにより、第１主面１１側に露出する第１の導通部２１４と前記２主面１２側に露出する第２の導通部２１５とを有する貫通配線１６を形成し（工程Ａ３）、さらに第１のデバイス１を基板１０の第１主面１１に対向するように配置してその電極３を対応する第１の導通部２１４に接合するとともに、第２のデバイス２を基板１０の第２主面１２に対向するように配置してその電極４を対応する第２の導通部２１５に接合することにより、両デバイス１，２を貫通配線基板１９の両面に実装する（工程Ａ４）。これにより、第１のデバイス１の複数の電極３と第２のデバイス２の複数の電極４とが、複数の貫通配線１６を介して電気的に接続される。より詳しくは、第１のデバイス１の複数の電極３が貫通配線１６の一端に位置整合した状態で接合されるとともに、第２のデバイス２の複数の電極４が貫通配線１６の他端に位置整合した状態で接合される。
【００３７】
本発明のデバイス実装構造の製造方法において、前記工程Ａ１では、複数の貫通配線１６をなす各々の貫通孔１３となる改質部４３に、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に対して垂直に延びる直線部分４１ａ及び／又は直線部分４２ａを設けるステップと、各々の直線部に連結されていて、第１主面１１及び第２主面１２に対して傾いて延びる部分を設けるステップとを有する。ここで、該傾いて延びる部分は、例えば、図１Ｂにおける屈曲部４１から開口部１４までの部分である。別の例では、該傾いて延びる部分は、図５Ｂにおける屈曲部４１から屈曲部４２までの部分である。前記二つのステップは、同一の方法で連続的に行ってもよいし、異なる方法で非連続的に行ってもよい。
【００３８】
例えば、まず、レーザー法等を用いて、前記直線部と前記傾いて延びる部分とを順に改質する。つづいて、ウェットエッチング法を用いて、改質された前記直線部分と改質された前記傾いて延びる部分とを順に除去する。このようにして、これら二つのステップを連続的に行ってもよい。また、前記直線部分をＮＣドリル等の機械的方法で形成する。その後、前記傾いて延びる部分をレーザー法及びウェットエッチング法で形成する。これら二つのステップを非連続的に行ってもよい。
【００３９】
本発明のデバイス実装構造の製造方法では、図４Ａ〜４Ｄを用いて前述したように、前記工程Ａ５において、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、前記基板の厚みを薄くすることができる。
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。
【００４０】
本発明のデバイス実装構造の製造方法における前記工程Ａ４では、第１のデバイス１を基板１０の第１主面１１側に配置して第１のデバイス１の電極３を貫通配線１６に接合するとともに、第２のデバイス２を基板１０の第２主面１２側に配置して第２のデバイス２の電極４を貫通配線１６に接合する。これにより、第１のデバイス１の複数の電極３と第２のデバイス２の複数の電極４とを、複数の貫通配線１６を介して電気的に接続することができる。このように接続することができる方法であれば、他の方法を用いてもよい。
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。
【００４１】
図１Ａ〜３に示すデバイス実装構造において、デバイス１，２の電極配置は、デバイス１，２の周縁部に電極３，４が並ぶペリフェラル配置である。
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。
【００４２】
また、図８Ａ及び８Ｂに示す本形態例の第４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、縦横に電極３が並ぶエリアアレイ配置であり、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。なお、図９に、図８Ａ及び８Ｂに示すデバイス実装構造の左下４分の１の部分における電極の接続関係を模式的に示す。
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。
【００４３】
図１Ａ〜図３及び図５Ａ〜図９に示す例では、説明の便宜上、第２のデバイス２の平面視での寸法が第１のデバイス１より大きい。また、第２のデバイス２の電極４がペリフェラルに配置されている。しかし、本発明においては、以上の例のように第２のデバイス２の電極４が基板１０に対する平面視で第１のデバイス１に重なる位置に配置されていても構わない。また、第１のデバイス１の平面視での寸法が第２のデバイス２と同一でも構わない。
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。
【００４４】
本発明のデバイス実装構造では、図１０に示すように、はんだ等からなるバンプ２１を設けることができる。図１０に示す例では、貫通配線基板１９が基板１０の第２主面１２側に半田バンプ等の接続端子２１を有している。貫通配線１６や回路２０を介して、デバイス１，２とプリント回路基板等の外部基板（図示せず）とを電気的に接続することが可能である。また、第１主面１１側ではデバイス１が積層されている。
【００４５】
また、本発明のデバイス実装構造では、図１１に示すようにデバイス１をモールド樹脂層２２で被覆したり、図１２に示すようにキャビティー付き保護部材２３でデバイス１を覆ったりすることができる。これにより、デバイス１を保護することができる。
【００４６】
また、本発明のデバイス実装構造では、図１３Ａ〜１５Ｃに示すように、流路３１を基板１０の内部に設けることができる。流路３１は、例えば水などの冷却用流体を流通させる流路として用いられる。その他、流路３１は、ＤＮＡ（核酸）、タンパク質、脂質等の生体溶液を流通させる流路として用いることもできる。
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。
【００４７】
流路３１は、その両端に冷却用流体を出し入れする出入口３２，３３を有する。
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。
【００４８】
流路３１は、貫通配線１６を有する貫通孔１３と連通しないように、３次元的に面方向または厚み方向において、貫通孔１３と所定の間隔を有することが好ましい。
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。
【００４９】
また、本発明においては、基板１０の厚みが変動しうることを想定しているので、流路３１として用いられる貫通孔は、主面１１及び１２からそれぞれ直線部４２ａ及び直線部４１ａの長さより離れて、基板１０の厚みの中央部に形成されることが好ましい。
【００５０】
流路３１は、貫通配線１６を形成する貫通孔１３の他に、冷却用流体の流路３１として用いられる貫通孔を形成する工程Ａ５において形成される。
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。
【００５１】
まず、図１６Ａ及び１６Ｂに示すように、基板１０にレーザー光３４を照射して基板１０内に基板１０の材料が改質されてなる改質部３５，３６を形成する。改質部３５は、貫通孔１３が形成される領域に設けられ、改質部３６は、流路３１として用いられる貫通孔が形成される領域に設けられる。
【００５２】
本形態例においてはレーザー光３４の光源としてフェムト秒レーザーを用い、基板１０内部に焦点を結ぶようにレーザービームを照射して、例えば径が数μｍ〜数十μｍの改質部３５，３６を得る。基板１０内部におけるレーザー光３４の焦点位置を制御することにより、所望の形状を有する改質部３５，３６を形成することができる。なお、一般に改質部３５，３６では、基板１０の材料に比べて屈折率が変化する。
【００５３】
流路３１となる改質部３６は、図１６Ａ〜１６Ｆに示すように、基板１０の主面１１，１２に対して平行に形成してもよい。このとき、レーザー光３４の照射範囲（特にレーザー光源から基板１０内部の焦点までの範囲）が貫通孔１３となる改質部３５と重なり合うときには、改質部３５の屈折率変化のために、レーザー光３４と改質部３５とが重なり合う範囲でレーザー光３４の焦点位置がずれるおそれがある。このように、すでに形成された他の改質部３５との重なり合いを避けるために、レーザー光３４を第１主面１１側から照射するだけでなく、場所によってはレーザー光３４を第２主面１２側から照射しても良い。
【００５４】
つづいて、改質部３５，３６を形成した基板１０をエッチング液（薬液）に浸漬して、改質部３５，３６をエッチング（ウェットエッチング）により基板１０から除去する。その結果、図１６Ｃに示すように、改質部３５，３６が存在した部分に、貫通孔１３および流路３１として用いられる貫通孔が形成される。本形態例では基板１０の材料として石英を用い、エッチング液としてフッ酸（ＨＦ）を主成分とする溶液を用いた。このエッチングは、基板１０の改質されていない部分に比べて改質部３５，３６が非常に速くエッチングされることを利用するものであり、結果として改質部３５，３６の形状に応じた貫通孔１３および流路３１として用いられる貫通孔を形成することができる。
【００５５】
本形態例において、貫通孔１３の孔径は５０μｍとした。貫通孔１３の孔径は、貫通配線１６の用途に応じて１０μｍ程度から３００μｍ程度まで適宜設定することができる。流路３１として用いられる貫通孔の孔径は、貫通孔１３の孔径と同程度でも、より小さく（細く）、あるいはより大きく（太く）ても良い。流路３１として用いられる貫通孔の孔径は、特に限定されるものではないが、例えば１０μｍ程度から５００μｍ程度とすることができる。また、流路３１として用いられる貫通孔の孔径が部分的に細い部分や部分的に太い部分を有しても構わない。
【００５６】
なお、エッチング液はフッ酸に限定されず、例えばフッ酸に硝酸等を適量添加したフッ硝酸系の混酸や水酸化カリウム等のアルカリ性水溶液も用いることができる。また、基板１０材料に応じて、他の薬液を用いることもできる。
【００５７】
基板１０の材料は、石英ガラス（シリカガラス）に限定されるものではなく、例えばサファイア等の絶縁基板や、アルカリ成分等を含んだ他の他成分ガラス基板を用いることができ、その厚さも１５０μｍ〜１ｍｍ程度まで適宜設定できる。
【００５８】
次に、図１６Ｄに示すように、貫通孔１３に導体を充填又は成膜して貫通配線１６を形成する。該導体の充填又は成膜には、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、適宜用いることができる。この際、流路３１として用いられる貫通孔内に導体が侵入しないように、流路３１の出入口３２，３３となる位置に、予めレジスト等の保護層を設けておくことが好ましい。レジストは、樹脂レジストや無機系材料の薄膜などを用いることができる。
【００５９】
その後、機械的研磨法等により、直線部分４１ａが形成された第２主面１２側から基板１０を研磨して、基板１０を所望の厚さにする（図１６Ｅ）。
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。
【００６０】
このように、貫通孔１３と流路３１とを同時に形成すれば、製造工程が簡略化でき、コストを低減することができる。また、貫通孔１３と流路３１との位置関係を制御するのが容易であるので、誤って貫通孔１３と流路３１とが連結することを防ぐことができる。
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。
【００６１】
また、上記では、貫通孔（微細孔）１３及び／又は流路３１の形成過程において、フェムト秒レーザーからのレーザー光の焦点位置を制御することにより、基板１０の内部に所望の形状を有する改質部３５，３６を形成する方法を説明したが、本発明はこれのみに限定されない。
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。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、基板を貫通する貫通配線を有する貫通配線基板を用いてその両面にデバイスを実装するために広く利用することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１・・・第１のデバイス、２・・・第２のデバイス、３，４・・・電極、１０・・・基板、
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。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を貫通する貫通配線を有する貫通配線基板の両面にデバイスを実装してなるデバイス実装構造を製造するためのデバイス実装構造の製造方法に関する。
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板の両面にそれぞれ実装されたデバイス同士を電気的に接続する方法として、基板を貫通する貫通配線を設ける方法がよく用いられている。
【０００３】
基板の主面と垂直な方向に形成されている従来の貫通配線を備えた貫通配線基板では、複数の基板を積層配置した場合に、接合外力によるダメージによって貫通配線電極の抜け落ちや界面の剥離が起こることがある。
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。
【０００４】
また、基板の両面に実装されるデバイスの種類が互いに異なる場合、デバイスごとに必要な電極の配置が異なる。このため、その差異を解消するための表面配線を用いることがある。しかしながら、基板の主面に表面配線を設ける場合、主面における表面配線の占有面積が増大する。また、配線同士が短絡したり配線を流れる電気信号が干渉したりするのを避けるため、配線同士の間には所定の間隔（スペース）を設ける必要がある。その結果、基板上におけるデバイス配置の設計自由度が小さいという問題がある。また、配線長が長いと、信号遅延が発生したり、高周波特性が劣化したりする場合がある等の問題もある。
【０００５】
さらに、各デバイスが基板と対向する面に有する電極の数が多い場合、上記のような表面配線だけでは対応できない。この場合、配線層を多層にし、各層を層間ビアで接続した多層配線構造にする必要がある。そのため、多層配線にすることによる配線長の増大、及びそれに伴う高周波特性の劣化等の問題が発生し、また、基板作製プロセスも煩雑になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本国特許第３８９６０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
貫通配線基板の両主面に実装されたデバイスが互いに異なる電極配置を有するデバイスであり、電極が高密度に配置されている場合、該貫通配線基板に配された貫通配線が両主面に有する開口部は高い位置精度で設けられることが要求される。
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。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電極が高密度かつ異なるレイアウトで配置されたデバイスに対して、多層配線構造にすることなく、貫通配線基板の両面に実装したデバイスの電極同士を自由自在に精度良く接続することができる、デバイス実装構造の製造方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、前記基板の一方の主面側において前記第１のデバイスの電極と整合する位置に露呈する一端と、前記基板の他方の主面側において前記第２のデバイスの電極と整合する位置に露呈する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、前記一方の主面及び前記他方の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を設けるステップと、他の片方の主面に対して傾いて延び、前記直線部分に連結された部分を設けるステップとからなる。
【００１０】
前記改質部は、フェムト秒レーザーを用いて形成されていてもよい。
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。
【００１１】
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を有していてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のデバイス実装構造の製造方法によれば、貫通配線基板の両面に実装したデバイスの電極同士を、表面配線を介することなく電気的に接続することができるので、電極が高密度に配置された小型のデバイスであっても自由自在に接続することが可能になる。また、貫通配線基板の両面に実装したデバイスの高密度に配置された電極同士を自由自在に接続する際、該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でも、該貫通配線基板の主面に設けられた開口部の位置は変動しない。この結果、該接続を精度良く、かつ歩留まり良く実施することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の一形態例に係るデバイス実装構造を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２Ａ】図１Ａ及び１Ｂに示すデバイス実装構造に用いられる貫通配線基板の平面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】図２Ａ及び２Ｂに示す貫通配線基板の斜視図である。
【図４Ａ】基板に貫通孔及び貫通配線を形成する工程の最初の段階を示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに続く段階を示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂに続く段階を示す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｃに続く段階を示す断面図である。
【図５Ａ】同形態例の第１変形例に係るデバイス実装構造を示す平面図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６Ａ】同形態例の第２変形例に係るデバイス実装構造を示す平面図である。
【図６Ｂ】図６ＡのＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図７Ａ】同形態例の第３変形例に係るデバイス実装構造を示す平面図である。
【図７Ｂ】図７ＡのＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図８Ａ】同形態例の第４変形例に係るデバイス実装構造を示す平面図である。
【図８Ｂ】図８ＡのＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【図９】図８Ａ及び８Ｂに示すデバイス実装構造の左下４分の１の部分における電極の接続関係を模式的に示す部分平面図である。
【図１０】本発明に係るデバイス実装構造にバンプを設けた一例を示す断面図である。
【図１１】本発明に係るデバイス実装構造にモールド樹脂層を設けた一例を示す断面図である。
【図１２】本発明に係るデバイス実装構造にキャビティー付き保護部材を設けた一例を示す断面図である。
【図１３Ａ】流路を有する貫通配線基板の第１例を示す平面図である。
【図１３Ｂ】図１３ＡのＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図１３Ｃ】図１３ＡのＪ−Ｊ線に沿う断面図である。
【図１４Ａ】流路を有する貫通配線基板の第２例を示す平面図である。
【図１４Ｂ】図１４ＡのＫ−Ｋ線に沿う断面図である。
【図１４Ｃ】図１４ＡのＬ−Ｌ線に沿う断面図である。
【図１５Ａ】流路を有する貫通配線基板の第３例を示す平面図である。
【図１５Ｂ】図１５ＡのＭ−Ｍ線に沿う断面図である。
【図１５Ｃ】図１５ＡのＮ−Ｎ線に沿う断面図である。
【図１６Ａ】流路として用いられる貫通孔を有する貫通配線基板の製造方法の最初の段階を示す断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａに続く段階を示す断面図である。
【図１６Ｃ】図１６Ｂに続く段階を示す断面図である。
【図１６Ｄ】図１６Ｃに続く段階を示す断面図である。
【図１６Ｅ】図１６Ｄに続く段階を示す断面図である。
【図１６Ｆ】図１６Ｅに続く段階を示す断面図である。
【図１７】従来の貫通配線基板における貫通配線の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態を、図面を参照して説明する。
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。
【００１５】
また、貫通配線１６となる貫通孔１３は、屈曲部４１を有し、開口部１５から屈曲部４１まで延びた直線部分４１ａと、屈曲部４１から開口部１４まで延びた、第１主面１１及び第２主面１２に対して斜めに延びた直線部分とからなる。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。
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。
【００１６】
貫通配線基板１９により、第１のデバイス１の複数の電極３と第２のデバイス２の複数の電極４とが、複数の貫通配線１６を介して電気的に接続される。これらの電極３，４間を貫通配線１６によりできるだけ短くつなぐためには、ｔ１’ができるだけ短い方が好ましい。さらに、屈曲部４１と開口部１４との間（第１主面１１及び第２主面１２に対して傾いて延びた部分）が、直線形成を有することが好ましい。
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。
【００１７】
上述したように、t１’の長さはできるだけ短い方が好ましい。t１’の長さは、ロットごとに生じ得る元の基板厚さのばらつきや、貫通配線基板１９の製造工程において発生し得る基板１０の厚みの加工ばらつきを考慮し、必ず直線部分４１aが設けられるように適宜設計される。
【００１８】
さらに、図４Ａ〜５Ｂを参照して説明する。図４Ａ〜４Ｄは、基板１０に貫通配線１６を形成する方法の一例を示す断面図である。
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。
【００１９】
次に、改質部４６を形成した基板１０をエッチング液（薬液）に浸漬して、改質部４６をエッチング（ウェットエッチング）により基板１０から除去する。その結果、図４Ｂに示すように、改質部４６が存在した部分に、貫通孔１３が形成される（工程Ａ２）。
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。
【００２０】
ここで、基板１０に厚みの変動があった場合、例えば基板１０の元の厚みが想定した厚みよりも薄かった場合、又は基板１０の研磨が想定よりも進み過ぎた場合には、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、Ｔ２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。
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。
【００２１】
上記の例では、貫通配線１６の形成する工程Ａ３の後に、基板１０の第２主面１２を研磨する工程Ａ５を行ったが、改質部４３を形成する工程Ａ１、又は貫通孔１３を形成する工程Ａ２の後に該工程Ａ５を行ってもよい。いずれの場合であっても、製造される貫通配線基板１９を所望の厚みにすることができる。
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。
【００２２】
また、上記の例では、第２主面１２を研磨する場合を説明したが、第１主面１１側に直線部分４２ａを設けて（図５Ｂ参照）、該第１主面１１を研磨することによって、基板１０の厚みを所望のものとしてもよい。この場合にも、上記の第２主面１２を研磨する場合と同様の効果が得られる。
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。
【００２３】
前述のような基板１０の厚みの意図しない変動が起きた場合でも、該変動の大きさは、通常１μｍ〜５０μｍの範囲内に収まる。よって、工程Ａ１において形成される改質部４３の有する直線部分４１ａ又は４２ａの長さは、見込まれる変動の大きさよりも長ければよい。なお、貫通配線１６が長くなると、デバイス間の信号遅延や、高周波特性の劣化が生じる場合があるので、前記長さｔ１’及びｔ２’は短い程より好ましい。
【００２４】
単一の貫通配線１６における長さｔ１’とｔ２’とは、同じであっても異なっていても良い。
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。
【００２５】
上記のようにして製造された本発明に係る貫通配線基板１９では、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直線部分４１ａ及び／又は直線部分４２ａを有する。
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。
【００２６】
本発明において、デバイスの電極配置（レイアウト）とは、当該デバイスの貫通配線基板の主面に対向する面内において貫通配線と接続される電極の二次元配置を意味する。つまり、単にデバイス全体を平行移動させて、すべての電極の位置を同じ方向に同じ距離ずらしただけでは、当該デバイスの電極配置は変化しない。２つのデバイス間で、対応する２つの電極間の距離や、対応する３つの電極間の角度等が、少なくとも１箇所で相違する場合、これら２つのデバイスの電極配置は互いに異なる。例えば、２つのデバイスの電極配置が、電極間ピッチのみが異なる相似の関係にある場合も、これら２つのデバイスの電極配置は互いに異なる。また、２つのデバイスの電極が、全く同じレイアウトを持つ複数のブロックからなる場合でも、これらブロックの位置が２つのデバイス間で異なる場合には、2つのデバイスの電極配置は互いに異なる。更に、当該電極配置においては、貫通配線と接続されない電極は、もしあったとしても除外され、貫通配線と接続される電極のみが考慮される。
【００２７】
両面に実装されるデバイスの電極配置が同一であれば、すべての貫通配線を基板の主面に垂直に形成し、あるいは斜めであってもすべての貫通配線を同じ方向に（平行に）形成すれば、これらの貫通配線を介して両デバイスの電極同士を一対一の対応関係で接続することができる。しかし、本発明においては、両デバイスの電極配置が互いに異なる。このため、すべての貫通配線が基板の主面に対して垂直に形成され、または斜めであっても互いに平行になるように形成されている場合には、少なくとも一方のデバイスの電極と導通部との位置が一致せず、表面配線が必要になる。本発明では、デバイス間の接続のための表面配線を不要にするために、第１主面１１上における第１の導通部２１４（第１の開口部１４）の配置と、第１のデバイス１の電極配置とを一致させるとともに、第２主面１２上における第２の導通部２１５（第２の開口部１５）の配置と、第２のデバイス２の電極配置とを一致させている。これにより、貫通配線基板１９に表面配線を設けることなく、デバイス１，２間を接続することができる。
【００２８】
図１Ａ〜３，５Ａ，５Ｂに示す例では、両デバイス１，２の電極配置が、デバイス１，２の周縁部に電極３，４が並ぶペリフェラル配置である。しかも、両デバイス１，２の寸法（基板１０の主面１１，１２に沿う方向の長さや面積等）が互いに異なる。貫通配線基板１９の貫通配線１６は、寸法が小さいデバイス１の電極３から寸法が大きいデバイス２の電極４へ向けて形成されている。つまり、第１の導電部２１４は基板１０の第１主面１１の中心部にあり、第２の導電部２１５は基板１０の第２主面１２の外周寄りにあり、貫通配線１６は略放射状に延びている。
【００２９】
このように、本形態例の貫通配線基板１９では、貫通配線１６が設けられる貫通孔１３がいずれも非平行である（直線部分４１ａ及び直線部分４２ａは除く）。このため、貫通孔１３の形成方法は、後述するように、任意の向きに貫通孔１３を形成することが可能な方法が採用される。
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。
【００３０】
基板１０の材料は、ガラス、プラスチック、セラミックス等の絶縁体や、シリコン（Ｓｉ）等の半導体が挙げられる。半導体基板の場合は、貫通孔１３の内壁や主面１１，１２等に絶縁層を形成することが望ましい。絶縁性基板の場合は、貫通孔１３の内壁にさらに絶縁層を形成する必要がない。
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。
【００３１】
貫通配線１６は、上述したように、基板１０の第１主面１１の、第１のデバイス１の電極３と対向する位置に開口した第１の開口部１４と、基板１０の第２主面１２の、第２のデバイス２の電極４と対向する位置に開口した第２の開口部１５と、を有する貫通孔１３に、導体を充填または成膜して設けられる。
【００３２】
貫通孔１３の形成には、石英ガラス製の基板に対して特に適した方法であるフェムト秒レーザーによる改質とウェットエッチングとを併用する方法や、ＮＣドリル等の機械的手法をさらに併用した方法を用いることができる。フェムト秒レーザーを用いて改質をおこなうと、レーザーが照射された部分の基板材質が変化し、エッチャントに対する耐性が、レーザーが照射されてない部分と比べて低下するので、容易に孔を形成することができる。
【００３３】
貫通配線１６に用いる導体としては、銅（Ｃｕ）やタングステン（Ｗ）等の金属、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等の合金、ポリシリコン等の非金属の導体が挙げられる。作製方法は、めっき法、スパッタ法、溶融金属充填法、ＣＶＤ、超臨界成膜法、あるいはこれらを組み合わせた手法など、適宜用いることができる。
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。
【００３４】
本発明のデバイス実装構造では、貫通配線１６となる貫通孔１３の開口部１４及び１５に対向するようにデバイスの電極３及び４がそれぞれ配置される。そのため、貫通配線１６は、貫通孔１３内部に導体が完全に充填された中実構造であると、貫通孔１３の内壁のみに導体層が形成された中空構造である場合に比べて、機械的にも電気的にも接続の安定性が増大するので好ましい。
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。
【００３５】
デバイス１，２としては、メモリー（記憶素子）やロジック（論理素子）等の集積回路（ＩＣ）、センサなどのＭＥＭＳデバイス、発光素子や受光素子などの光学デバイスが挙げられる。デバイス１，２は、電極配置が異なるものであれば、機能が相違するものでも機能が同一のものでも構わない。特に、異種デバイスを高密度で集積することで、３次元システムインパッケージ（ＳｉＰ）を実現することが可能である。
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。
【００３６】
貫通配線基板１９の製造においては、それぞれのデバイス１，２の電極配置に対応した開口部１４，１５を有する貫通孔１３となる改質部４３を基板１０内に形成し（工程Ａ１）、該改質部４３を基板１０から除いて貫通孔１３を形成し（工程Ａ２）、この貫通孔１３内に導体を充填または成膜することにより、第１主面１１側に露出する第１の導通部２１４と前記２主面１２側に露出する第２の導通部２１５とを有する貫通配線１６を形成し（工程Ａ３）、さらに第１のデバイス１を基板１０の第１主面１１に対向するように配置してその電極３を対応する第１の導通部２１４に接合するとともに、第２のデバイス２を基板１０の第２主面１２に対向するように配置してその電極４を対応する第２の導通部２１５に接合することにより、両デバイス１，２を貫通配線基板１９の両面に実装する（工程Ａ４）。これにより、第１のデバイス１の複数の電極３と第２のデバイス２の複数の電極４とが、複数の貫通配線１６を介して電気的に接続される。より詳しくは、第１のデバイス１の複数の電極３が貫通配線１６の一端に位置整合した状態で接合されるとともに、第２のデバイス２の複数の電極４が貫通配線１６の他端に位置整合した状態で接合される。
【００３７】
本発明のデバイス実装構造の製造方法において、前記工程Ａ１では、複数の貫通配線１６をなす各々の貫通孔１３となる改質部４３に、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に対して垂直に延びる直線部分４１ａ及び／又は直線部分４２ａを設けるステップと、各々の直線部に連結されていて、第１主面１１及び第２主面１２に対して傾いて延びる部分を設けるステップとを有する。ここで、該傾いて延びる部分は、例えば、図１Ｂにおける屈曲部４１から開口部１４までの部分である。別の例では、該傾いて延びる部分は、図５Ｂにおける屈曲部４１から屈曲部４２までの部分である。前記二つのステップは、同一の方法で連続的に行ってもよいし、異なる方法で非連続的に行ってもよい。
【００３８】
例えば、まず、レーザー法等を用いて、前記直線部と前記傾いて延びる部分とを順に改質する。つづいて、ウェットエッチング法を用いて、改質された前記直線部分と改質された前記傾いて延びる部分とを順に除去する。このようにして、これら二つのステップを連続的に行ってもよい。また、前記直線部分をＮＣドリル等の機械的方法で形成する。その後、前記傾いて延びる部分をレーザー法及びウェットエッチング法で形成する。これら二つのステップを非連続的に行ってもよい。
【００３９】
本発明のデバイス実装構造の製造方法では、図４Ａ〜４Ｄを用いて前述したように、前記工程Ａ５において、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、前記基板の厚みを薄くすることができる。
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。
【００４０】
本発明のデバイス実装構造の製造方法における前記工程Ａ４では、第１のデバイス１を基板１０の第１主面１１側に配置して第１のデバイス１の電極３を貫通配線１６に接合するとともに、第２のデバイス２を基板１０の第２主面１２側に配置して第２のデバイス２の電極４を貫通配線１６に接合する。これにより、第１のデバイス１の複数の電極３と第２のデバイス２の複数の電極４とを、複数の貫通配線１６を介して電気的に接続することができる。このように接続することができる方法であれば、他の方法を用いてもよい。
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。
【００４１】
図１Ａ〜３に示すデバイス実装構造において、デバイス１，２の電極配置は、デバイス１，２の周縁部に電極３，４が並ぶペリフェラル配置である。
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。
【００４２】
また、図８Ａ及び８Ｂに示す本形態例の第４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、縦横に電極３が並ぶエリアアレイ配置であり、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。なお、図９に、図８Ａ及び８Ｂに示すデバイス実装構造の左下４分の１の部分における電極の接続関係を模式的に示す。
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。
【００４３】
図１Ａ〜図３及び図５Ａ〜図９に示す例では、説明の便宜上、第２のデバイス２の平面視での寸法が第１のデバイス１より大きい。また、第２のデバイス２の電極４がペリフェラルに配置されている。しかし、本発明においては、以上の例のように第２のデバイス２の電極４が基板１０に対する平面視で第１のデバイス１に重なる位置に配置されていても構わない。また、第１のデバイス１の平面視での寸法が第２のデバイス２と同一でも構わない。
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。
【００４４】
本発明のデバイス実装構造では、図１０に示すように、はんだ等からなるバンプ２１を設けることができる。図１０に示す例では、貫通配線基板１９が基板１０の第２主面１２側に半田バンプ等の接続端子２１を有している。貫通配線１６や回路２０を介して、デバイス１，２とプリント回路基板等の外部基板（図示せず）とを電気的に接続することが可能である。また、第１主面１１側ではデバイス１が積層されている。
【００４５】
また、本発明のデバイス実装構造では、図１１に示すようにデバイス１をモールド樹脂層２２で被覆したり、図１２に示すようにキャビティー付き保護部材２３でデバイス１を覆ったりすることができる。これにより、デバイス１を保護することができる。
【００４６】
また、本発明のデバイス実装構造では、図１３Ａ〜１５Ｃに示すように、流路３１を基板１０の内部に設けることができる。流路３１は、例えば水などの冷却用流体を流通させる流路として用いられる。その他、流路３１は、ＤＮＡ（核酸）、タンパク質、脂質等の生体溶液を流通させる流路として用いることもできる。
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。
【００４７】
流路３１は、その両端に冷却用流体を出し入れする出入口３２，３３を有する。
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。
【００４８】
流路３１は、貫通配線１６を有する貫通孔１３と連通しないように、３次元的に面方向または厚み方向において、貫通孔１３と所定の間隔を有することが好ましい。
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。
【００４９】
また、本発明においては、基板１０の厚みが変動しうることを想定しているので、流路３１として用いられる貫通孔は、主面１１及び１２からそれぞれ直線部４２ａ及び直線部４１ａの長さより離れて、基板１０の厚みの中央部に形成されることが好ましい。
【００５０】
流路３１は、貫通配線１６を形成する貫通孔１３の他に、冷却用流体の流路３１として用いられる貫通孔を形成する工程Ａ５において形成される。
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。
【００５１】
まず、図１６Ａ及び１６Ｂに示すように、基板１０にレーザー光３４を照射して基板１０内に基板１０の材料が改質されてなる改質部３５，３６を形成する。改質部３５は、貫通孔１３が形成される領域に設けられ、改質部３６は、流路３１として用いられる貫通孔が形成される領域に設けられる。
【００５２】
本形態例においてはレーザー光３４の光源としてフェムト秒レーザーを用い、基板１０内部に焦点を結ぶようにレーザービームを照射して、例えば径が数μｍ〜数十μｍの改質部３５，３６を得る。基板１０内部におけるレーザー光３４の焦点位置を制御することにより、所望の形状を有する改質部３５，３６を形成することができる。なお、一般に改質部３５，３６では、基板１０の材料に比べて屈折率が変化する。
【００５３】
流路３１となる改質部３６は、図１６Ａ〜１６Ｆに示すように、基板１０の主面１１，１２に対して平行に形成してもよい。このとき、レーザー光３４の照射範囲（特にレーザー光源から基板１０内部の焦点までの範囲）が貫通孔１３となる改質部３５と重なり合うときには、改質部３５の屈折率変化のために、レーザー光３４と改質部３５とが重なり合う範囲でレーザー光３４の焦点位置がずれるおそれがある。このように、すでに形成された他の改質部３５との重なり合いを避けるために、レーザー光３４を第１主面１１側から照射するだけでなく、場所によってはレーザー光３４を第２主面１２側から照射しても良い。
【００５４】
つづいて、改質部３５，３６を形成した基板１０をエッチング液（薬液）に浸漬して、改質部３５，３６をエッチング（ウェットエッチング）により基板１０から除去する。その結果、図１６Ｃに示すように、改質部３５，３６が存在した部分に、貫通孔１３および流路３１として用いられる貫通孔が形成される。本形態例では基板１０の材料として石英を用い、エッチング液としてフッ酸（ＨＦ）を主成分とする溶液を用いた。このエッチングは、基板１０の改質されていない部分に比べて改質部３５，３６が非常に速くエッチングされることを利用するものであり、結果として改質部３５，３６の形状に応じた貫通孔１３および流路３１として用いられる貫通孔を形成することができる。
【００５５】
本形態例において、貫通孔１３の孔径は５０μｍとした。貫通孔１３の孔径は、貫通配線１６の用途に応じて１０μｍ程度から３００μｍ程度まで適宜設定することができる。流路３１として用いられる貫通孔の孔径は、貫通孔１３の孔径と同程度でも、より小さく（細く）、あるいはより大きく（太く）ても良い。流路３１として用いられる貫通孔の孔径は、特に限定されるものではないが、例えば１０μｍ程度から５００μｍ程度とすることができる。また、流路３１として用いられる貫通孔の孔径が部分的に細い部分や部分的に太い部分を有しても構わない。
【００５６】
なお、エッチング液はフッ酸に限定されず、例えばフッ酸に硝酸等を適量添加したフッ硝酸系の混酸や水酸化カリウム等のアルカリ性水溶液も用いることができる。また、基板１０材料に応じて、他の薬液を用いることもできる。
【００５７】
基板１０の材料は、石英ガラス（シリカガラス）に限定されるものではなく、例えばサファイア等の絶縁基板や、アルカリ成分等を含んだ他の他成分ガラス基板を用いることができ、その厚さも１５０μｍ〜１ｍｍ程度まで適宜設定できる。
【００５８】
次に、図１６Ｄに示すように、貫通孔１３に導体を充填又は成膜して貫通配線１６を形成する。該導体の充填又は成膜には、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、適宜用いることができる。この際、流路３１として用いられる貫通孔内に導体が侵入しないように、流路３１の出入口３２，３３となる位置に、予めレジスト等の保護層を設けておくことが好ましい。レジストは、樹脂レジストや無機系材料の薄膜などを用いることができる。
【００５９】
その後、機械的研磨法等により、直線部分４１ａが形成された第２主面１２側から基板１０を研磨して、基板１０を所望の厚さにする（図１６Ｅ）。
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。
【００６０】
このように、貫通孔１３と流路３１とを同時に形成すれば、製造工程が簡略化でき、コストを低減することができる。また、貫通孔１３と流路３１との位置関係を制御するのが容易であるので、誤って貫通孔１３と流路３１とが連結することを防ぐことができる。
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。
【００６１】
また、上記では、貫通孔（微細孔）１３及び／又は流路３１の形成過程において、フェムト秒レーザーからのレーザー光の焦点位置を制御することにより、基板１０の内部に所望の形状を有する改質部３５，３６を形成する方法を説明したが、本発明はこれのみに限定されない。
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。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、基板を貫通する貫通配線を有する貫通配線基板を用いてその両面にデバイスを実装するために広く利用することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１・・・第１のデバイス、２・・・第２のデバイス、３，４・・・電極、１０・・・基板、
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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記基板の一方の主面側において前記第１のデバイスの電極と整合する位置に露呈する一端と、前記基板の他方の主面側において前記第２のデバイスの電極と整合する位置に露呈する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、前記一方の主面及び前記他方の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を設けるステップと、他の片方の主面に対して傾いて延び、前記直線部分に連結された部分を設けるステップとからなることを特徴とするデバイス実装構造の製造方法。
【請求項２】
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１に記載のデバイス実装構造の製造方法。
【請求項３】
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１又は２に記載のデバイス実装方法。
【請求項４】
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１〜３のいずれか一項に記載のデバイス実装構造の製造方法。
【請求項５】
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することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のデバイス実装構造の製造方法。
【請求項６】
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１〜５のいずれか一項に記載のデバイス実装構造の製造方法。
【請求項１】
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、前記基板の一方の主面側において前記第１のデバイスの電極と整合する位置に露呈する一端と、前記基板の他方の主面側において前記第２のデバイスの電極と整合する位置に露呈する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、前記一方の主面及び前記他方の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を設けるステップと、他の片方の主面に対して傾いて延び、前記直線部分に連結された部分を設けるステップとからなることを特徴とするデバイス実装構造の製造方法。
【請求項２】
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１に記載のデバイス実装構造の製造方法。
【請求項３】
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１又は２に記載のデバイス実装方法。
【請求項４】
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１〜３のいずれか一項に記載のデバイス実装構造の製造方法。
【請求項５】
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することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のデバイス実装構造の製造方法。
【請求項６】
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１〜５のいずれか一項に記載のデバイス実装構造の製造方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１６Ｃ】
【図１６Ｄ】
【図１６Ｅ】
【図１６Ｆ】
【図１７】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１６Ｃ】
【図１６Ｄ】
【図１６Ｅ】
【図１６Ｆ】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１７８６１１（Ｐ２０１２−１７８６１１Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２９３７５（Ｐ２０１２−１２９３７５）
【出願日】平成２４年６月６日（２０１２．６．６）
【分割の表示】特願２０１１−５１８６１１（Ｐ２０１１−５１８６１１）の分割
【原出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月６日（２０１２．６．６）
【分割の表示】特願２０１１−５１８６１１（Ｐ２０１１−５１８６１１）の分割
【原出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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