基板間接続構造およびパッケージ
【課題】脆弱な構造を有する第１基板や導電層に第２基板を積層した場合でも、第１基板や導電層の変形や破損を防止することによって、基板間での電気信号の伝送特性が良好な基板間接続構造およびパッケージを提供する。
【解決手段】導電層９が形成され、導電層９の下部に空洞７を有する第１基板２と、導電層９に対応する位置に貫通穴３を有する第２基板１とを、第２基板１と導電層９との間に間隙を開けて導電層９領域以外の領域で固定し、貫通穴３に液体状の導電性材料を挿入して、導電層９に接し貫通穴３の内部に充填された金属を含む貫通導電部１２を形成する基板間接続構造とした。
【解決手段】導電層９が形成され、導電層９の下部に空洞７を有する第１基板２と、導電層９に対応する位置に貫通穴３を有する第２基板１とを、第２基板１と導電層９との間に間隙を開けて導電層９領域以外の領域で固定し、貫通穴３に液体状の導電性材料を挿入して、導電層９に接し貫通穴３の内部に充填された金属を含む貫通導電部１２を形成する基板間接続構造とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、積層された基板間を電気的に接続する基板間接続構造、およびパッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多層配線や電気素子のパッケージにおいて、導電層が形成された一方の基板上に他方の基板を積層し、導電層の電気信号を他方の基板側から取り出す基板間接続構造が用いられる。
【０００３】
例えば特許文献１には、両面に導体およびスルーホールを有するフレキシブル基板と、対応する接続面を有する他の基板とを用いた基板間接続構造が示されている。フレキシブル基板の導体に導電性樹脂を塗布して他の基板の接続面に密着させ、基板間の密着の際にスルーホールに充填される導電性樹脂によって電気的に接続する。
【０００４】
また特許文献２には、両面に導体回路を備えた絶縁層において、導体回路の対向面間の絶縁層に穴を形成し、その穴に半田を充填して導体回路間を電気的に接続する基板間接続構造が示されている。一方の面に導体回路を形成した絶縁層に他方の面側から導体回路が底面となるように穴を開け、その穴にメタルジェット法で半田を充填し、他方の面側に導体を貼り付けることで、一方の面の導体回路と他方の面の導体との電気的接続を行う。
【０００５】
また特許文献３には、半田メッキを施した下基板と、その半田メッキに相応する位置に形成され下地金属を内側に付着させた貫通穴を備えた上基板とを結合し、半田メッキを溶融させ貫通穴の下地金属に接触させることで、下基板と上基板とを電気的に接続する基板間接続構造が示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２２１３４５号公報
【特許文献２】特開２０００−２４４０８６号公報
【特許文献３】特開２００４−１６０６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
引用文献１および３は、いずれも第１基板上に形成した導電層上の溶融金属に、貫通穴を有する第２基板を密着させ、その際に貫通穴内側に押し込まれる溶融金属を貫通穴を充填、あるいは貫通穴の内側に施した金属膜に接触させている。このため、脆弱な表面構造を有する第１基板や導電層に対してこれらの方法を用いると、密着の際に第１基板表面や導電層に変形や破損が生じ、信号の伝送特性が劣化する問題があった。
【０００８】
また、引用文献２はメタルジェットにより穴に半田を充填するが、穴の底を一方の導電層で塞いだ状態で半田を充填し、上面に他方の導電層を貼り付ける方法を用いる。このため、一方または他方の導電層が脆弱である場合は、穴に密着の際に導電層に変形や破損が生じ、信号の伝送特性が劣化する問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、脆弱な構造を有する第１基板や導電層に第２基板を積層した場合でも、第１基板や導電層の変形や破損を防止することによって、基板間での電気信号の伝送特性が良好な基板間接続構造を実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の基板間接続構造は、導電層が形成され、導電層の下部に空洞を有する第１基板と、導電層に対応する位置に貫通穴を有する第２基板とを、第２基板と導電層との間に間隙を開けて前記導電層領域以外の領域で固定し、貫通穴の開口部から液体状の導電性材料を挿入して、導電層に接し貫通穴の内部に充填された導電性材料を有する貫通導電部を形成する基板間接続構造とした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は第１基板と第２基板とを導電層領域以外の領域で間隙を開けて固定するので、間隙をあけて第２基板と対向する第１基板およびその上に形成した導電層は変形や破損を生じない。また、第２基板の貫通穴に液体状の導電性材料を挿入するので、導電性材料は貫通穴を抜けて第１基板上の導電層に接するとともに貫通穴を充填する貫通導電部となり、第２基板の第１基板と反対側の面に導電層の電気信号を取り出すことができる基板間接続構造となる。このため、基板間での信号の伝送特性が良好になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下では、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。図において同一の構成要素は同一の符号を用いて表示し、同一の符号についての説明は繰り返さず省略する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は本実施の形態１のパッケージの構造を示す断面図である。このパッケージは下側基板２と上側基板１とが積層した構造を備えている。図２は積層される前の下側基板２の構造を示す断面図、図３は積層される前の上側基板１の構造を示す断面図である。
【００１４】
図２のように、下側基板２の表面には低誘電率層２５が形成され、その低誘電率層２５の上に導電層９が形成されている。低誘電率層２５は下側基板２よりも比誘電率の低い層であり、例えば、下側基板２がシリコン（比誘電率１１．９）の場合、シリコンより誘電率の低いポーラスシリカ（比誘電率２．１〜２．３）や耐熱性のシリコーン樹脂（比誘電率２．８〜３．５）などで形成されている。導電層９が低誘電率層２５の上に形成されているので、導電層９を伝播する信号が、下側基板２など外部に伝播して損失が生じるなどの影響を減らすことができる。
【００１５】
図３のように、上側基板１には基板の厚み方向に貫通する貫通穴３を有している。貫通穴３は下側基板２と上側基板１とを対向して固定した際に導電層９に対応する位置となるように形成されている。
【００１６】
図１のように、低誘電率層２５が形成されていない領域の下側基板２と上側基板１との間に接着層２２を両面に備えた薄板２３が設置され、この薄板２３によって上側基板１と下側基板２とは相互に固定され、導電層９を内部に有するパッケージとなっている。
【００１７】
薄板２３および両面の接着層２２の厚みの合計を、貫通穴３の下の低誘電率層２５および導電層９の厚みの合計よりも大きくしてある。このため、上側基板１は導電層９と直接接しないように下側基板２に固定される。つまり、接着層２２を両面に備えた薄板２３は、下側基板２と上側基板１とを相互に固定する接着部となるだけでなく、上側基板１が導電層９に直接接しないようにするスペーサ２０にもなっている。このスペーサ２０は、それ自体が導電層９に接しないように導電層９の形成された領域の外側に形成されている。
【００１８】
貫通穴３の内部には金属が充填された貫通導電部１２が形成されている。詳細は後述するが、この貫通導電部１２は溶融した金属を貫通穴に挿入する方法で形成される。金属は貫通穴３からはみ出し、導電層９の表面にも接している。この貫通導電部１２によって下側基板２の導電層９の電気信号を下側基板２の反対側の上側基板１の面に取り出すことができる。例えば、貫通穴３からはみ出した貫通導電部１２に直接ワイヤーで配線接続してもよい。なお、貫通導電部１２は導電層９の表面全体に接するものではなく、貫通穴３の開口部が面する領域、あるいは領域とその近傍とからなる部分で導電層９の表面に接している。貫通導電部１２と接さない導電層９は上側基板１との間に間隙を有している。
【００１９】
なお図１には示さないが、パッケージ内の導電層９には例えば、電気素子が接続される、あるいは導電層９自体が高周波フィルタの形状となるように加工されている。このパッケージは、例えば、１つの貫通穴３の貫通導電部１２から導電層９に入力した信号を、パッケージ内の素子や高周波フィルタを経て、別の貫通穴３の貫通導電部１２から出力させるように用いられる。
【００２０】
導電層９の表面の貫通導電部１２の金属と接する部分の周辺には、接する部分よりも溶融したその金属が濡れ難い材料からなる金属広がり防止パッド１０が形成されている。金属をはんだとした場合、例えば接する部分の導電層９を金として、金属広がり防止パッド１０を例えば、Ａｌ、ＡｌＳｉ、Ｔｉ、Ｔａ、ステンレス合金、ＳｉＯ２、ＳｉＮＸ、などの濡れ難い材料を用いればよい。
【００２１】
なお、導電層９に溶融した貫通導電部１２の金属と濡れ難い材料を使用し、貫通部３の下部の一部の導電層９の表面に導電層９よりも溶融した金属と濡れ易い導電材料を付着させてもよい。その場合でも、溶融したその金属が接する部分よりも、その周辺が金属と濡れ難い構成となる。
【００２２】
次に、本実施の形態１のパッケージの製造手順を説明する。本実施の形態１では下側基板２、上側基板１とも不純物の少なく比抵抗１００Ωｃｍ以上のシリコン基板を用いた。基板の材料としてはシリコン以外に、ガリウムヒ素等の半導体、アルミナ等のセラミック、またはホウ珪酸ガラス等のガラスを使用することも適している。
【００２３】
まず下側基板２の上の一部の領域に低誘電率層２５を形成する。下側基板２の上に低誘電率層２５を形成後に、ドライエッチングやウェットエッチングなどでパターン加工してもよいし、感光性のシリコーン樹脂を用いる場合は写真製版により容易にパターン加工された低誘電率層２５を形成できる。
【００２４】
次に、その低誘電率層２５の上に導電層９を形成する。導電層９は、例えば金などの金属膜を真空蒸着法、スパッタ法またはメッキで形成し、その金属膜をパターン加工したものである。パターン加工には、写真製版とエッチングとを組み合わせた方法や、また真空蒸着時ではメタルマスクを用いた方法を使用することができる。
【００２５】
次に導電層９の貫通導電部１２が接触する所定の部分の周辺部に金属広がり防止パッド１０を形成する。成膜法やパターン加工法は導電層９と同様な技術を用いることができる。
【００２６】
次に、上側基板１の下側基板２の導電層９に対応する位置に貫通穴３を形成する。レジストなどで一方の面にマスクをして、アルカリ水溶液を用いたウェットエッチング法、または反応性イオンエッチング等のドライエッチング法によって貫通穴３を形成する。特に反応性イオンエッチングを用いた場合は、上側基板１の主面にほぼ垂直の内側面を有する貫通穴３を形成することができる。また貫通穴３を形成する方法として、サンドブラスト、機械加工またはレーザ加工のような物理的加工法を用いてもよい。
【００２７】
貫通穴３の形成後に熱酸化処理やＣＶＤ法によって貫通穴３の内側に酸化膜を形成してもよい。酸化膜により貫通導電部１２の信号が上側基板１側に伝播することを防ぐので伝送特性が向上する。酸化膜のかわりに他の誘電体膜であっても効果がある。
【００２８】
次に、スペーサ２０となる、接着層２２を両面に備えた薄板２３を下側基板２の低誘電率層２５が形成されてない領域に設置する。上側基板１の貫通穴３が下側基板２の導電層９の位置に対応する位置となるように上側基板１をアライメントしたうえで、上側基板１と下側基板２とを合わせ、接着層２２を両面に備えた薄板２３によって固定する。これにより、上側基板１と下側基板２とは、上側基板１と導電層９との間に間隙を開けて固定される。
【００２９】
次に、貫通穴３に金属を充填して、導電層９に接して貫通穴３の内部に充填された金属を有する貫通導電部１２を形成する。図４は本実施の形態１のパッケージの製造方法を示す模式図である。図４のように、メタルジェット法によりノズル３１から出る溶融金属粒子２８を貫通穴３の導電層９と反対側の開口部から挿入することで、貫通穴３に金属が充填される。溶融金属粒子２８は貫通穴３の導電層９側の開口部から出て導電層９にも接する。図には示さないが、ノズル３１は内部に金属を溶融状態で先端まで導くためヒーターで加熱された経路や、所定の量の溶融金属を先端から押し出す手段を備えている。溶融金属粒子２８の大きさは貫通穴３の穴径よりも小さいサイズとすると良い。
【００３０】
充填時に貫通穴３内で溶融金属粒子２８が直ちに固体化せずある程度流動するように、上側基板１が加熱されていてもよい。加熱により溶融金属粒子２８の流動性を向上させると、貫通穴３内に空気が閉じこめられて充填が不充分となったり貫通導電部１２の断線が生じたりする現象を防ぐことができる。貫通穴３内が金属の融点以上となるように加熱されていれば、さらに好ましい。
【００３１】
充填の過程は、例えば、貫通穴３をカメラ３４を用いて観察することができる。貫通穴３に溶融金属粒子２８が順次挿入される従って貫通穴３の内部の金属の上面が上昇する。貫通穴３の上面側の開口部よりも上側に金属の上面が到達すると充填が完了したので溶融金属粒子２８の挿入を終える。充填が完了することの検出は、貫通穴３と溶融金属粒子２８の大きさから所定の数の溶融金属粒子２８を挿入したことで判断する方法でもよいし、貫通穴３を斜め方向から照らすライト３５を設置して金属が穴の面に達した際に光の反射量が変化することを利用する方法でもよい。充填された溶融金属が冷却して固体化すれば充填された金属を含んだ貫通導電部１２となる。
【００３２】
以上のように、本実施の形態１のパッケージは、下側基板２の導電層９に直接接しないように上側基板１が固定する部分としてスペーサ２０を備え、導電層９の形成された領域以外の領域で下側基板２と上側基板１とが相互に固定され、上側基板１の導電層９に対応した位置に貫通穴３を有し、その貫通穴３の内部に金属が充填されて導電層９と接する貫通導電部１２を備えた基板間接続構造を有している。導電層９の下に低誘電率層２５を備えて特に高周波の信号の伝送特性が優れたパッケージとなる。導電層９の形成された領域以外の領域で下側基板２の導電層９と上側基板１とが直接接しないように固定されるので、低誘電率層２５およびその上の導電層９の変形や破損を防ぐことができる。また、上側基板１の上面側と導電層９との間の電気信号の伝達は、上側基板１の厚み方向に開けられた貫通穴３に形成された貫通導電部１２を通じて行われる。上記の方法で形成すると、貫通導電部１２は単一の金属で形成されるので、貫通導電部１２の途中では導電率が不連続とならず、インピーダンスの不整合が生じにくいので良好な伝送特性が得られる。また、貫通穴３は上側基板１の主面に垂直方向に形成されるので、上側基板１の上面側と導電層９との間の伝送が最短距離で行われるので良好な伝送特性が得られる。さらに、スペーサ２０によって貫通導電部１２と接さない部分の導電層９と上側基板１の間には間隙が開けられるので、導電層９を伝送する信号が基板材料によって受ける損失を低減することができる。
【００３３】
また、貫通導電部１２の製造方法としてメタルジェット法を用いたので、貫通導電部１２の作製時には導電層９と液体状態の金属と接し、固体状態の金属によって振動や圧力を受けない。また、導電層９上に付着した溶融金属が上側基板１によって押さえられることがない。このため、導電層９の変形や破損が生じることを防ぐことができ、高品質の伝送特性を実現できる。
【００３４】
また、メタルジェット法により貫通穴３の穴径よりも小さい溶融金属粒子２８を貫通穴３に挿入することにより、上側基板１の上面の不必要な部分に金属が付着することを防げる。また精度のよい充填が可能となる。
【００３５】
また、導電層９と貫通穴３の穴との間に間隙があるので、溶融金属粒子２８とともに貫通穴３に入る空気がその間隙から抜けやすく、貫通穴３に空気が残って貫通導電部１２の充填が不均一となったり、断線が生じたりする現象を低減できる。
【００３６】
なお、導電層９と貫通穴３の穴との間の間隙の高さは、例えば、２μｍ以上で１ｍｍ以下あると良い。さらに好ましくは間隙の高さと貫通穴３の開口周辺長さの積からなる間隙の面積が貫通穴３の開口面積以上となるようにその高さを貫通穴３の穴径の１／４以上としてもよい。その間隙の面積が溶融金属粒子２８の断面積以上となるようにしてもよく、例えば溶融金属粒子２８の直径が貫通穴３の穴径に比べて半分以下の場合には、その高さを貫通穴３の穴径の１／１６以上としても効果がある。また、溶融金属粒子２８は貫通穴３の穴径より小さいので、間隙の高さを少なくとも貫通穴３の穴径より小さくすると導電層９に達した溶融金属粒子２８が粒子のまま間隙からパッケージ内に侵入し、不良となる可能性を低減できる。より小さい溶融金属粒子２８を用いることを考慮すれば、間隙の高さを貫通穴３の穴径１／２以下とすると、溶融金属粒子２８が粒子のままの状態で間隙からパッケージ内に侵入する可能性をさらに低減できる。
【００３７】
なお貫通穴３の開口形状は円形に限られず、楕円、四角、多角形、不定形でもよい。貫通穴３は上側基板１の厚み方向に沿って、すなわち上側基板１の主面に垂直に形成されることが望ましいが、垂直であることは必須でなく傾斜していてもよい。また、同様に貫通穴３の内側の面も傾斜していてもよい。
【００３８】
また、低誘電率層２５の上の導電層９に直接貫通導電部１２を接続しているので、脆弱な低誘電率層２５の部分を避けて貫通導電部を形成する構造と比べて、本実施の形態１のパッケージの基板間の接続構造はパッケージ全体の面積を小さくでき、配線の長さも短くできる。特に多数の素子をパッケージ内に備え、それぞれについて上側基板１の上面側と電気信号を伝送するような構造のパッケージにおいて面積を小さくできる効果が大きい。
【００３９】
また、貫通導電部１２の接触する部分の周辺に金属広がり防止パッド１０を設け、貫通導電部１２の接触する部分に溶融した金属に濡れやすい表面を有し、その周辺部をぬれ難い表面としたので、溶融した金属が導電層９表面に広がって伝送特性が劣化することを防げる。
【００４０】
貫通穴３に充填する金属は、必ずしもはんだなどの低融点合金である必要は無く、金などの高融点金属でもメタルジェット法で噴出可能であればよい。また、ノズルにより液状の粒子を貫通穴３に挿入できれば金属以外の導電性充填剤であってもよい。
【００４１】
本実施の形態１では２枚の基板で構成するパッケージとしたが、同様な基板接続構造を有していれば、例えば多層基板などの他の製造物であっても同様に高品質な伝送特性を実現できる。
【００４２】
実施の形態２．
図５は本実施の形態２のパッケージを示す断面図である。このパッケージは下側基板２と上側基板１とを積層した構造を備えている。
【００４３】
下側基板２の表面には絶縁膜８が形成され、その絶縁膜８の上に導電層９ａ、９ｂおよび、パッド４ｂが形成されている。導電層９ａ、９ｂには素子５が電気的に接続される。素子５は、例えば高周波トランジスタなどの能動素子や、誘電体共振器などの受動素子である。素子５および、素子５の周辺の導電層９ａ、９ｂが形成された領域にある絶縁膜８の下部には基板材料が除去された空洞７を有している。パッド４ｂの下部には空洞７を有さない。空洞７は導電層９ａ、９ｂと反対側の底面に金属膜１１を備えている。
【００４４】
上側基板１には基板の厚み方向に貫通する貫通穴３および下側基板に対向する面にパッド４ａが形成されている。パッド４ａは下側基板２のパッド４ｂに対応した位置に形成されており、貫通穴３はパッド４ａとパッド４ｂとを対向して合わせたときに導電層９ａ、９ｂに対応した上方の位置となるように形成されている。上側基板１は導電層９ａ、９ｂに対向する面に凹部１３を有している。また、この凹部１３は導電層９ａ、９ｂに対向する面の貫通穴３の周辺にも形成されている。ただしパッド４ｂの形成される領域には凹部１３が形成されない。この凹部１３は図５のように上側基板１と下側基板２とを積層した際に導電層９ａ、９ｂの上部に基板材料のない空洞を形成する。凹部１３は素子５の導電層９ａ、９ｂに対向する面に接着層１７によって固定された金属膜１４を備え、この金属膜１４は素子５に対向した位置にある。
【００４５】
下側基板２のパッド４ｂと上側基板１のパッド４ａとは、それらの隙間に挟まれた接着用はんだ６によって対向した状態で相互に固定されている。パッド４ａおよびパッド４ｂの厚みの和は導電層９ａ、９ｂの厚みより厚い。このため、パッド４ａおよびパッド４ｂを対向して固定させた状態で、上側基板１と導電層９ａ、９ｂの表面とは直接接しない。言い換えれば、パッド４ａ、パッド４ｂおよびその隙間の接着用はんだ６は、下側基板２と上側基板１とを相互に固定するとともに、貫通穴３の近傍の下側基板２と導電層９ａ、９ｂの表面とが直接接しないようにするためのスペーサ２０となっている。
【００４６】
貫通穴３の内側には導電性の金属が充填された貫通導電部１２が形成されている。金属としては例えば、はんだを用いることができる。その金属は貫通穴３からはみ出し、導電層９ａ、９ｂの表面にも接している。この貫通導電部１２によって下側基板２の導電層９ａ、９ｂの電気信号を下側基板２の反対側の上側基板１の上面に取り出すことができる。
【００４７】
上側基板１の下側基板２と反対側の面にはコプレーナ線路１９ａ、１９ｂが形成されている。貫通穴３からはみ出した貫通導電部１２はコプレーナ線路１９ａ、１９ｂに接し、導電層９ａ、９ｂとコプレーナ線路１９ａ、１９ｂとが電気的に接続されている。
【００４８】
また、貫通穴３の内側の面には溶融した貫通導電部１２の金属が上側基板１の基板材料よりもぬれ易い金属からなる金属膜１６が形成されている。貫通導電部１２はその金属膜１６に接して貫通穴３に充填されている。
【００４９】
導電層９ａ、９ｂの表面の貫通導電部１２の金属と接する部分の周辺には、溶融したその金属が接する部分よりも濡れ難い材料からなる金属広がり防止パッド１０が形成されている。
【００５０】
図６は本実施の形態２のパッケージの上側基板１と下側基板２との斜視図である。なお、上側基板１と下側基板２とを相互に固定する前の状態を示し、貫通導電部１２と接着用はんだは記載していない。
【００５１】
上側基板１の下側基板２と反対側の面には、導電性の材料でコプレーナ線路１９ａ、１９ｂ、１９ｃが形成されている。コプレーナ線路１９ａは信号入力用の中心導体、コプレーナ線路１９ｂは信号出力用の中心導体、コプレーナ線路１９ｃは中心導体の両側に配置されたグランドである。
【００５２】
下側基板２の導電層９ａ、９ｂもそれぞれ、コプレーナ線路の信号入力用の中心導体、信号出力用の中心導体となっている。なお図５には示していないが、導電層９ａ、９ｂの外側にはコプレーナ線路のグランドとなる導電層９ｃが形成されている。
【００５３】
導電層９ａ、９ｂ、９ｃの上の貫通導電部１２と接すると素子との間には金属広がり防止パッド１０が形成されている。
【００５４】
導電層９ａ、９ｂ、９ｃの下部に空洞７が形成された下側基板２の領域は中空領域１８となっている。下側基板２のパッド４ｂは中空領域１８の外側の領域に導電層９ａ、９ｂ、９ｃを囲む形状に形成されている。上側基板１のパッド４ａもパッド４ｂに対応するように囲む形状となっている。このため本実施の形態２のパッケージは、パッド４ａとパッド４ｂとを対向して接着用はんだ６で固定させ、さらに貫通穴３に金属を充填するので、導電層９ａ、９ｂ、９ｃおよび素子５が密閉されたパッケージとなる。このような密閉構造とすることにより、導電層９ａ、９ｂ、９ｃおよび素子５を保護でき、信頼性の高いパッケージとすることができる。密閉構造の内部は、不活性ガスで置換、真空あるいは加圧としても良い。
【００５５】
下側基板２の導電層９ａに対応した位置に上側基板１の貫通穴３ａが形成され、その内部に形成された貫通導電部１２によって、導電層９ａは上側基板１のコプレーナ配線１９ａと電気的に接続される。同様に、下側基板２の導電層９ｂは貫通穴３ｂの貫通導電部１２によってコプレーナ配線１９ｂ、下側基板２の導電層９ｃは貫通穴３ｃの貫通導電部１２によってコプレーナ配線１９ｃと接続される。
【００５６】
図７は図６の点線Ａで上側基板１を切断した場合の断面図である。図７のように、貫通穴３ａ、３ｃのそれぞれは、コプレーナ線路１９ａ、１９ｃのそれぞれの一部に形成された開口穴の部分に上側基板１の厚み方向に形成されている。また、凹部１３が貫通穴３の周辺に形成されているので、上側基板１は貫通穴３の導電層９ａ、９ｂ側周辺に、貫通穴３を内側とする筒が導電層９ａ、９ｂ側に向かって突き出た形状を有している。
【００５７】
また、図８は図６の点線Ｂで上側基板１を切断した場合の断面図である。図８のように、貫通穴３ｄはコプレーナ線路１９ｃの一部に形成された開口穴の部分に上側基板１の厚み方向に形成されている。貫通穴３ｄの下部の開口部は金属膜１４に面している。接着層１７は貫通穴３ｄの下部の開口部を覆わないように形成されている。貫通穴３ｄも、貫通穴３ａ、３ｂ、３ｃと同様に金属が充填され、金属膜１４とコプレーナ線路１９ｃとが電気的に接続される。
【００５８】
次に、本実施の形態２のパッケージの製造手順について、まず下側基板２の製造、次に上側基板１の製造、最後に下側基板２と上側基板１とを積層しパッケージを製造の順に説明する。下側基板２、上側基板１は実施の形態１と同様な基板材料を用いることができる。
【００５９】
まず、下側基板２の製造手順を述べる。下側基板２の上側基板１に対向する面に空洞７を形成する。下側基板２の一方の面に写真製版などでマスクを形成して、アルカリ水溶液を用いたウェットエッチング法、または反応性イオンエッチング等のドライエッチング法によって空洞７を形成する。空洞７を形成する際には、サンドブラスト、機械加工またはレーザ加工のような物理的加工法を用いてもよい。
【００６０】
次に、空洞７の底面の基板表面に金属膜１１を成膜する。この金属膜１１は、例えば、下側基板２の空洞７と反対側の面にグランドの配線（図示なし）を形成して、そのグランドの配線と金属膜１１とを下側基板２に開けた貫通穴（図示なし）中の導電部を介して接続されてもよい。金属膜１１の主材料として、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ等の導電率が高い材料が用いられることが好ましい。金属膜１１の厚さは、望ましくは、０．３μｍ〜５０μｍであり、さらに望ましくは、１μｍ〜１０μｍである。これらの金属膜と下側基板１との間にＣｒまたはＴｉ等からなる密着力強化層が挿入されてもよい。その場合、密着力強化層の厚さは０．００５μｍ〜０．２μｍであることが好ましい。
【００６１】
次に、空洞７に樹脂を塗布して埋め、その樹脂の表面が下側基板２の空洞７が形成されていない表面部分と同じ高さになるようにＣＭＰ法で表面を平坦化する。その上にシリコン窒化膜等の絶縁膜８を成膜する。
【００６２】
次に、シリコン窒化膜等の絶縁膜８上に、導電層９ａ、９ｂ、９ｃおよび接続用のパッド４ｂを形成する。さらに、導電層９ａ、９ｂ、９ｃの貫通導電部１２が接触する所定の部分の周辺部に金属広がり防止パッド１０を形成する。さらに、導電層９ａ、９ｂ、９ｃの上に素子５を接続する。
【００６３】
次に、樹脂で埋められた空洞７上の導電層９ａ、９ｂ、９ｃが形成されていない部分の絶縁膜８の一部をドライエッチングで開口し（図示なし）、その開口部を介して樹脂をドライエッチングまたはウェットエッチングによって除去する。これにより導電層９ａ、９ｂ、９ｃの形成された領域には絶縁膜８の下が基板や樹脂などの固体の無い空洞７からなる中空領域１８となる。
【００６４】
なお、上記では接続用のパッド４ｂは導電層９ａ、９ｂ、９ｃと同じ膜で形成するとしたが、別々に形成してもよい。その際、接続用のパッド４ｂの厚みを導電層９ａ、９ｂ、９ｃの厚みより厚くすると、上側基板１の４ａと下側基板２の４ｂとを重ね合わせたときに、上側基板１と導電層９ａ、９ｂ、９ｃとの間に間隙ができ、上側基板１が導電層９ａ、９ｂ、９ｃに接触して表面を傷つけたり、中空領域１８を破損したりして伝送特性を劣化させる可能性が減少するので好ましい。
【００６５】
次に、上側基板１の製造手順を述べる。まず、上側基板１の下側基板２に対向する面に凹部１３を形成する。下側基板２に対抗する面に写真製版などでマスクを形成して、アルカリ水溶液を用いたウェットエッチング法、または反応性イオンエッチング等のドライエッチング法によって凹部１３を形成する。
【００６６】
次に、上側基板１の所定の箇所に貫通穴３を形成する。凹部３を形成した側と反対側の面にマスクをして、凹部３と同様にアルカリ水溶液を用いたウェットエッチング法、または反応性イオンエッチング等のドライエッチング法によって貫通穴３を形成する。
【００６７】
上側基板１としてシリコンなどの半導体を用いる場合は、貫通穴３形成後ＣＶＤ法などの方法により、貫通穴３の内側に酸化膜を付着するようにしてもよい。酸化膜により貫通導電部１２の信号が上側基板１側に伝播することを防ぐので伝送特性が向上する。酸化膜のかわりに他の誘電体膜であっても効果がある。
【００６８】
次に、貫通穴３の内側に上側基板１の材料よりも溶融した貫通導電部１２の金属に濡れやすい膜を形成する。例えば、貫通導電部１２の金属をはんだ、上側基板１をシリコンとした場合に、厚さ０.０５μｍのＣｒ膜、厚さ２μｍのＮｉ膜、および厚さ０.１μｍのＡｕ膜がこの順番で重ねられた３層膜を金属膜をスパッタ法などで成膜するとよい。Ａｕ膜の厚みは０．０１〜１μｍとするとよい。貫通穴３の内側表面を、上側基板１の材料よりも溶融した貫通導電部１２の金属に濡れやすくしたことにより、貫通穴３内部に金属が充填されやすくなり、貫通導電部１２に気泡などが入って断線が起こる可能性が減少する。
【００６９】
次に、下側基板２に対向し、かつ凹部１３が形成されてないパッケージ周辺部にパッド４ａを形成する。金属膜の形成方法としては、めっきまたはスパッタ法が用いられる。例えば、金属としてＮｉを用いて、その厚みを５μｍ以上にしてもよい。さらに上側基板１の凹部３と反対側の面に、金メッキなどの方法でコプレーナ線路１９ａ、１９ｂ、１９ｃを形成する。また、凹部３の素子５に対向する面に、まず接着層１７を形成して、その上に金属膜１４を接着する。金属膜１４は金属箔で形成されていてもよい。
【００７０】
最後に、上側基板１と下側基板２とからパッケージを製造する手順を述べる。まず、接続用のパッド４ｂ上に接着用はんだ６を付着させる。接着用はんだ６の付着させる方法としては、蒸着法、めっき法、溶融はんだをインクジェット法でパッドに向かって噴射する方法、または、型抜きによって作成された、はんだの塊をパッド４ｂ上に載置する方法等の種々の方法を用いてもよい。はんだの材質としては、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、または、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等が用いられることが好ましいが、この他の種々のはんだ材料が用いられてもよい。
【００７１】
次に、接着用はんだ６が付着した接続用のパッド４ｂの上に上側基板１のパッド４ａを重ね合わせて上側基板１と下側基板２とをはんだ接合で固定する。本実施の形態２ではパッド４ａとパッド４ｂとを合わせた厚みが貫通穴３の下の導電層９ａ、９ｂの厚さよりも厚くしたため、接着用はんだ６の厚みが薄い場合でも、上側基板１と下側基板２とを重ね合わせた際に導電層９ａ、９ｂが上側基板１に接触しない。また、上側基板１と下側基板２とをパッド４ａとパッド４ｂおよびその間には挟まれる接着用はんだ６で相互に固定したので、固定時にはんだの表面張力によりパッド４ａとパッド４ｂとが最も重なるように力が加わり、基板の面方向に位置精度の良い接続が容易となる。
【００７２】
上側基板１と下側基板２とをはんだ接合で固定の手順は、例えば、まずパッド４ａとパッド４ｂとを対向させ、貫通穴３の下に下側基板２の導電層９ａ、９ｂが位置するように下側基板１と上側基板２との相互の位置を調整し、次いで接着用はんだ６の融点以上の温度の加熱炉中で保持し、接着用はんだ６が溶融した状態で下側基板１と上側基板２とが密着し、加熱炉中から取り出し室温まで放冷し接着用はんだ６を固化する。はんだの材質としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕを用いた場合は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの融点が２２０℃であるため、加熱炉では、例えば、上側基板１および下側基板２は２２０℃よりも高い２７０℃で加熱するとよい。
【００７３】
このようにパッド４ａ、パッド４ｂおよび接着用はんだ６を合わせた部分は、上側基板１と下側基板２とを重ね合わせた際に導電層９ａ、９ｂが上側基板１に接触しないスペーサ２０となる。なお、接着用はんだ６の替わりに樹脂等の接着剤を用いて上側基板１と下側基板２とを固定してもよい。また、接着用はんだ６の替わりに両面粘着テープのように厚みのある接着層を挿入して、その厚みをスペーサ２０の厚みとして利用してもよい。
【００７４】
次に、メタルジェットのノズルを貫通穴３の上方に設置し、貫通穴３の直径より小さいサイズの溶融した金属粒子をノズルから貫通穴３に向かって挿入し、貫通穴３を金属で充填して貫通導電部１２を形成する。充填の際に貫通穴３の下側基板２の穴からはみ出た貫通導電部１２は下側基板２の導電層９ａ、９ｂと接し、電気的に接続する。貫通穴３に充填する金属は、必ずしもはんだなどの低融点合金である必要は無く、金などの高融点金属でもメタルジェット法で噴出可能であればよい。また、充填されて貫通穴３からはみ出た金属は上側基板１のコプレーナ線路１９ａ、１９ｂとも接する。コプレーナ線路１９ａ、１９ｂは貫通穴３の開口部近傍までパターンを有するようにしておけば貫通部３からはみ出す金属の量が少なくても貫通導電部１２の金属と接することが容易となる。
【００７５】
以上の方法により、上側基板１と導電層９ａ、９ｂとの間に間隙を開けて固定し、直接接触することなしに電気的な接続ができるので、下側基板２の脆弱な構造を破壊する可能性が極めて低くなる。また、その電気接続が連続した同一の材料からなるので、導電率が一様でインピーダンスの不連続が生じにくく、良好な伝送特性を実現できる。
【００７６】
また、メタルジェット法で溶融した金属粒子を貫通穴３に挿入する際に穴の一方が導電層９ａ、９ｂに密着しない構造となっているので、溶融した金属粒子とともに貫通穴３に入る空気が貫通穴３の底と導電層９ａ、９ｂとの間の間隙から抜けやすく、貫通導電部１２中に空気が閉じこめられ、貫通導電部１２が不均一となる現象や断線の発生を低減できる。
【００７７】
また、上側基板１の貫通穴３ｄも上記と同様に溶融した金属を充填することによって、凹部１３に形成した金属膜１４と上側基板１の表面に形成されたコプレーナ線路のグランド１９ｃとを電気的に接続することができる。
【００７８】
さらに本実施の形態２では導電層９ａ、９ｂの貫通導電部１２と接する周辺部に金属広がり防止パッド１０が形成されているので、貫通穴３から突き出て導電層９ａ、９ｂの表面に接した溶融金属が導電層９ａ、９ｂ表面全体に伝わり広がって伝送特性が劣化する現象を防ぐことができる。
【００７９】
パッケージを不活性ガスで封止するには、メタルジェット法で溶融した金属を貫通穴３に挿入する前に、貫通穴３を通じて内部を不活性ガスで置換しておき、不活性ガス雰囲気下で溶融した金属を貫通穴３に充填してもよいし、貫通穴３とは別にガス置換用の穴を設けておいて、不活性ガスで置換後にその穴を封じるなどの方法を用いてもよい。
【００８０】
パッケージを密閉する必要がなければ、パッド４ａ、４ｂは必ずしも導電層９ａ、９ｂ、９ｃを囲うように閉じた形状でなくても良い。また、下側基板２と上側基板１とをパッド４ａと４ｂとの間に挟まれる接着用はんだ６で固定したが、下側基板２と上側基板１とを固定する部分と、導電層９と上側基板１とが直接接しないようにするためのスペーサ２０は別の部分で構成されていてもよい。
【００８１】
導電層９ａ、９ｂやコプレーナ線路１９ａ、１９ｂは別の構造の伝送線路、例えば、マイクロストリップ線路で置き換えた構成としてもよい。また、中空領域１８は絶縁膜８に支持されず、導電層９のみで構成された構造としても絶縁膜８に基づく損失がなくなるのでよい。また、パッケージ内に素子５がなく、導電層９の伝送線路のみで構成されていてもよい。
【００８２】
以上のように、本実施の形態２ではパッケージの内部の導電層９ａ、９ｂ、９ｃとパッケージの内外に電気信号を入出力するための配線を高周波の信号を伝送するのに適したコプレーナ線路としたので、素子５に入出力する高周波の信号を損失や歪が小さくなる。また、上側基板１の下側基板２と反対側の面に貫通導電部１２が直接接続された信号線が形成された構成としたので、パッケージからの信号を容易に取り出すことができる。
【００８３】
また、下側基板２の中空領域１８では、導電層９ａ、９ｂ、９ｃの下部に空洞７が形成されているため、導電層９ａ、９ｂ、９ｃを伝送する信号が基板などの周囲の部分に影響を受けて損失を生じる量が減少し、空洞７に基板材料が充填されている場合に比べて高品質の信号の伝播を実現できる。
【００８４】
また、上側基板１の素子５およびその近傍の導電層９ａ、９ｂ、９ｃの上部に位置する部分に凹部１３が形成されているので、凹部１３が形成されていない場合に比べて導電層９ａ、９ｂ、９ｃを伝播する信号が誘電損失の影響が小さくなり、高品質の信号の伝播を実現できる。
【００８５】
また、この凹部１３は導電層９ａ、９ｂに対向する面の貫通穴３の周辺にも形成されるので、貫通導電部１２の周囲にある上側基板１が減少し、基板による誘電損失を低減することができる。貫通穴３の周辺の凹部１３は貫通穴３の周辺全周に形成されて、貫通穴３の導電層９ａ、９ｂ側の開口部周辺に貫通穴３を内側とする筒が貫通穴３に向かって突き出た形状を有していれば最も効果が大きいが、必ずしも凹部１３が貫通穴３の周辺全周に形成されず、一部に形成されていても効果がある。また、凹部１３の側面は傾斜していてもよく、貫通穴３を中心とする筒が導電層９ａ、９ｂ側に向かってテーパー状の突起となっていても良い。
【００８６】
また、凹部１３の上側基板１の表面に形成された金属膜１４は、導電層９ａ、９ｂ、９ｃを伝播する信号にパッケージの外部から侵入する電磁波の影響を防ぐことができる。また、同様に、空洞７の底面の下側基板２の表面に形成された金属膜１１も基板や外部から侵入する電磁波の影響を防ぐ効果がある。
【００８７】
また、本実施の形態２では下側基板２の導電層９ａ、９ｂ、９ｃをすべて中空領域１８で対応する貫通穴３の貫通導電部１２によってそれぞれ上側基板１のコプレーナ線路１９ａ、１９ｂ、１９ｃと接続したが、それらの一部が中空領域１８で接続されなくてもよい。中空領域１８の外側の領域は脆弱な構造でないので、上側基板１と接していてもよい。例えば、グランドの導電層９ｃはグランドのコプレーナ線路１９ｃと下側に空洞７のない領域で接続するようにしてもよく、導電層９ｃを上下基板の固定領域、つまり図５においてパッド４ｂのある領域まで延在するように形成して、パッド４ｂに対応する位置の上側基板に貫通穴３を設け、その貫通穴３を通じて上側基板１のコプレーナ線路１９ｃと接続するようにしてもよい。つまり、脆弱な構造である中空領域１８にある導電層９ａ、９ｂが上側基板１に直接接しないようにすれば、脆弱な構造上にない領域で導電層９ｃが上側基板１と接していてもよい。
【００８８】
また、本実施の形態２では下側基板２の導電層９ａ、９ｂとコプレーナ線路１９ａ、１９ｂとの接続に対して両側のグランドの導電層９ｃとグランドのコプレーナ線路１９ｃとを接続したが、グランドの導電層９ｃとグランドのコプレーナ線路１９ｃとの接続箇所はは中心線に沿って複数形成されていてもよい。中心線の導電層９ａ、９ｂに沿った両脇の導電層９ｃの複数個所でコプレーナ線路１９ｃと接続されると中心線の導電層９ａ、９ｂを伝送する信号に影響する不要な放射を減少することができ、伝送特性が良好となる。
【００８９】
本実施の形態２の凹部１３、金属膜１４、空洞７、金属膜１１のいずれかを省いた構成としてもよい。図９〜図１３はいずれも本実施の形態２と類似の構造を有するパッケージの構造を示す断面図である。なお図９〜図１３はパッケージの断面図のおよそ右半分を示している。また、図９〜図１３では貫通穴３内面の金属膜１６と上側基板１上のコプレーナ配線１９は省略している。
【００９０】
図９に示すパッケージは、本実施の形態２の図５の構成から上側基板１の凹部１３の面上の金属膜１４および空洞７の底面の金属膜１１を省いた構成である。図１０に示すパッケージは、本実施の形態２の図５の構成から上側基板１の貫通孔３部分の周辺の凹部１３およびその凹部１３上の金属膜１４を省いた構成である。図１１に示すパッケージは、図１０に示すパッケージからさらに下側基板２の空洞７の底面の金属膜１１を省いた構成である。図１２に示すパッケージは、本実施の形態２の図５の構成から下側基板２の空洞７およびその底面の金属膜１１を省いた構成である。図１３に示すパッケージは図１２に示すパッケージから上側基板１の凹部１３の面上の金属膜１４を省いた構成である。
【００９１】
以上の図９〜図１３に示したパッケージ構成では、本実施の形態２の図５の構成と比較して、空洞７、空洞７の底面の金属膜１１、凹部１３および凹部１３の面に形成された金属膜１４のいずれかを欠くので、欠けた部分の効果は得られないが、その分構成が簡単になり製造が容易となる。
【００９２】
以上の実施の形態２のパッケージは実施の形態１のパッケージと同様に、導電層９ａ、９ｂが形成された下側基板２と、導電層９ａ、９ｂの対応する位置に貫通穴３を備え導電層９ａ、９ｂと直接接しないように固定された上側基板１と、導電層９ａ、９ｂに接し貫通穴３の内部に充填された貫通導電部１２とを備えた基板間接続構造を有している。このため、実施の形態１と同様に、導電層９ａ、９ｂは変形や破損が生じず、基板間での信号の伝送特性が良好なパッケージが得られる。
【００９３】
実施の形態３．
図１４は本実施の形態３のパッケージの構造を示す断面図である。図５に示した実施の形態２からスペーサ２０の構成と凹部１３の形状を変えて、空洞７の底面の金属膜１１と凹部１３の面上の金属膜１４とを省いた構成である。
【００９４】
本実施の形態３のスペーサ２０は上側基板１の一部であり、下側基板２に対向する貫通穴３の開口部よりも下側基板２側に張り出した部分である。このスペーサ２０の高さが貫通穴３の開口部の下の下側基板２上の導電層９ａ、９ｂの厚みよりも大きいので、上側基板１と下側基板２とを相互に張り合わせた場合に、導電層９ａ、９ｂは貫通穴３の開口部が形成された上側基板１と直接接しない。
【００９５】
上側基板１をシリコンで作製し、下側基板２上の絶縁膜８をガラス膜とした場合、上側基板１と下側基板２とを陽極接合で固定することができる。絶縁膜８をシリコン、上側基板１をガラスとしてもよい。陽極接合で固定するとはんだや接着剤で固定した場合に比べ接着部の厚みのばらつきの影響がなくなり、導電層９ａ、９ｂと貫通穴３の開口部との間隙のサイズを精確にすることができるので、製造時の歩留まりが向上する。
【００９６】
上側基板１の凹部１３は導電層９ａ、９ｂに対向する上側基板１の面に凹部１３が形成されているが、貫通穴３よりスペーサ２０側には形成されていない。ただし、貫通穴３内からみると、一方には凹部１３が形成されているので貫通導電部１２の信号の損失を防ぐ効果がある。
【００９７】
スペーサ２０と凹部１３とは上側基板１を多段にエッチング加工することで容易に形成することができる。上側基板１の下側基板２に対向する面のスペーサ２０以外の部分をまず、所定の深さとなるようにエッチングする。その深さがスペーサ２０の高さとなる。次いで、凹部１３を形成する部分のみをさらに深くエッチングする。このようにスペーサ２０を上側基板１の一部に形成したことにより、パッケージの製造が簡単になる。
【００９８】
実施の形態４．
図１５は本実施の形態４の多層基板の構造を示す断面図である。下側基板２と中間基板４１と上側基板１とを積層した構成である。
【００９９】
下側基板２の表面には低誘電率層２５が形成され、その低誘電率層２５の上に導電層９が形成されている。中間基板４１の貫通導電部１２が接する部分の周辺の導電層９の表面には金属広がり防止パッド１０が形成されている。
【０１００】
中間基板４１は下側基板２の導電層９に対応する位置に貫通穴３を有している。また、下側基板２に対向する中間基板４１の面には、貫通穴３の下側基板２に対向する側の開口部が下側基板２状の導電層９と直接接しないように、基板の一部からなるスペーサ２０を有している。また下側基板２の低誘電率層２５の形成された領域に対向する面に凹部１３が形成されている。図１５のように、凹部１３の側面をスペーサ２０の側面と一致させると、下側基板２に対向する中間基板４１の面を同じエッチングパターンで加工することができて製造が容易である。なお、貫通穴３の周囲が導電層９側に対して突起状に伸びた形状とするため、凹部１３は多段のエッチング加工で形成される。
【０１０１】
中間基板４１の上側基板１に対向する面には、低誘電率層２５が形成され、その低誘電率層２５の上に導電層９が形成されている。上側基板１の貫通導電部１２が接する部分の周辺の導電層９の表面には金属広がり防止パッド１０が形成されている。貫通穴３が形成された部分の低誘電率層２５、およびその上の導電層９は、貫通穴３の位置に貫通穴３とほぼ同サイズの開口穴を有している。中間基板４１の貫通穴３と低誘電率層２５の開口穴と導電層９の開口穴とには金属が充填され、貫通導電部１２が形成されている。この貫通導電部１２は両端の開口部から突出して、下側基板２の導電層９と中間基板４１の導電層９とに接している。
【０１０２】
上側基板１は中間基板４１の導電層９に対応する位置に貫通穴３を有している。この貫通穴３は、図１５のように、中間基板４１の貫通穴３とずれた位置に形成されている。中間基板４１に対向する上側基板１の面には、下側基板２に対向する中間基板４１の面と同様にスペーサ２０と凹部１３とが形成されている。凹部１３は中間基板４１の導電層９だけでなく、中間基板４１の導電層９の開口部から突出した貫通導電部１２に接しない高さを有している。
【０１０３】
上側基板１の貫通穴３には金属が充填され、貫通導電部１２が形成されている。この貫通導電部１２は開口部から突出して、中間基板３１の導電層９に接している。以上により、下側基板２の導電層９は上側基板１の貫通導電部１２と電気的に接続され、下側基板２の導電層９に上側基板の上部から電気信号を入出力できる多層基板構造となる。なお、中間基板４１のスペーサ２０と下側基板２、および上側基板のスペーサ２０と中間基板４１とはそれぞれ接着層２２により相互に固定される。
【０１０４】
従って、実施の形態４の多層基板は、下側基板１と中間基板４１との間、および中間基板４１と上側基板１との間に導電層９が形成された第１基板と、導電層９の対応する位置に貫通穴３を備え導電層９と直接接しないように固定された第２基板と、導電層９に接し貫通穴３の内部に充填された貫通導電部１２とを備えた基板間接続構造を有している。このため、導電層９に変形や破損が生じず、基板間での信号の伝送特性が良好な多層基板が得られる。
【０１０５】
また、上記のように、基板を貫通する貫通導電部１２で直接に低誘電率層２５の上の導電層９と接続するので、配線が短くなり損失が低減し、またコンパクトな多層基板構造が得られる。なお、本実施の形態４では３枚の基板の多層基板としたが、中間基板４１の枚数を増やして４枚以上の多層基板としてもよいし、上側基板１と下側基板２との２枚のみでもよい。
【０１０６】
以上の実施の形態１から４のいずれかで述べた基板間接続構造の一部の構造を他の実施の形態の基板間接続構造とを組み合わせた構成としてもよい。また、基板間接続構造を有する製造物がパッケージでも、多層基板でもよく、あるいは他の製造物であってもよい。
【０１０７】
実施の形態１から４での貫通導電部１２は、貫通穴３にメタルジェット法のノズルから噴出される溶融した金属粒子を挿入して形成されたが、液体状の導電性材料が挿入されて形成されるのであれば、他の材料や方法で形成されても下側基板の表面や導電層の変形、破損を防止する効果がある。たとえば、溶融した金属を細管で注入してもよいし、また、適度に粘性を有する有機液体に導電性の金属微粒子を分散させた金属ペーストであってよい。金属ペーストを用いる場合は、例えば、金属ペーストを貫通穴３にインクジェット法などで挿入後に、有機液体を加熱除去して固化する方法で貫通導電部１２が形成される。
【０１０８】
また、金属広がり防止パッド１０の部分は、例えば有機バインダーが濡れ難いフッ素樹脂で形成してもよい。導電層９の貫通導電部１２と接する部分の周辺にフッ素樹脂を付着させるには、塗布型のフッ素樹脂材料を用いて、ポッティングや筆塗りなどの方法を用いればよい。
【０１０９】
また、スペーサ２０は貫通穴３が形成された基板と導電層９とが直接接しないようにするためのものであり、導電層９の領域の外側に形成されていれば他の構造であっても良く、上側基板１と下側基板２とを積層した場合に導電層９の表面を変形や破損することを防ぐことができる。例えば、下側基板２の表面に凸部を形成したものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の実施の形態１のパッケージの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１のパッケージの構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１のパッケージの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１のパッケージの製造方法を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態２のパッケージの構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２のパッケージの構造を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態２のパッケージの構造を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２のパッケージの構造を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２のパッケージと類似の構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２のパッケージと類似の構造を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２のパッケージと類似の構造を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２のパッケージと類似の構造を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２のパッケージと類似の構造を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３のパッケージの構造を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態４の多層基板の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１：上側基板、２：下側基板、３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ：貫通穴、４ａ、４ｂ：パッド、５：素子、６：接着用はんだ、７：空洞、８：絶縁膜、９、９ａ、９ｂ、９ｃ：導電層、１０：金属広がり防止パッド、１１：金属膜、１２：貫通導電部、１３：凹部、１４、１６：金属膜、１６：金属膜、１７、２２：接着層、１８：中空領域、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ：コプレーナ線路、２０：スペーサ、２３：薄板、２５：低誘電率膜、２８：溶融金属粒子、３１：ノズル、３４：カメラ、３５：ライト、４１：中間基板
【技術分野】
【０００１】
この発明は、積層された基板間を電気的に接続する基板間接続構造、およびパッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多層配線や電気素子のパッケージにおいて、導電層が形成された一方の基板上に他方の基板を積層し、導電層の電気信号を他方の基板側から取り出す基板間接続構造が用いられる。
【０００３】
例えば特許文献１には、両面に導体およびスルーホールを有するフレキシブル基板と、対応する接続面を有する他の基板とを用いた基板間接続構造が示されている。フレキシブル基板の導体に導電性樹脂を塗布して他の基板の接続面に密着させ、基板間の密着の際にスルーホールに充填される導電性樹脂によって電気的に接続する。
【０００４】
また特許文献２には、両面に導体回路を備えた絶縁層において、導体回路の対向面間の絶縁層に穴を形成し、その穴に半田を充填して導体回路間を電気的に接続する基板間接続構造が示されている。一方の面に導体回路を形成した絶縁層に他方の面側から導体回路が底面となるように穴を開け、その穴にメタルジェット法で半田を充填し、他方の面側に導体を貼り付けることで、一方の面の導体回路と他方の面の導体との電気的接続を行う。
【０００５】
また特許文献３には、半田メッキを施した下基板と、その半田メッキに相応する位置に形成され下地金属を内側に付着させた貫通穴を備えた上基板とを結合し、半田メッキを溶融させ貫通穴の下地金属に接触させることで、下基板と上基板とを電気的に接続する基板間接続構造が示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２２１３４５号公報
【特許文献２】特開２０００−２４４０８６号公報
【特許文献３】特開２００４−１６０６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
引用文献１および３は、いずれも第１基板上に形成した導電層上の溶融金属に、貫通穴を有する第２基板を密着させ、その際に貫通穴内側に押し込まれる溶融金属を貫通穴を充填、あるいは貫通穴の内側に施した金属膜に接触させている。このため、脆弱な表面構造を有する第１基板や導電層に対してこれらの方法を用いると、密着の際に第１基板表面や導電層に変形や破損が生じ、信号の伝送特性が劣化する問題があった。
【０００８】
また、引用文献２はメタルジェットにより穴に半田を充填するが、穴の底を一方の導電層で塞いだ状態で半田を充填し、上面に他方の導電層を貼り付ける方法を用いる。このため、一方または他方の導電層が脆弱である場合は、穴に密着の際に導電層に変形や破損が生じ、信号の伝送特性が劣化する問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、脆弱な構造を有する第１基板や導電層に第２基板を積層した場合でも、第１基板や導電層の変形や破損を防止することによって、基板間での電気信号の伝送特性が良好な基板間接続構造を実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の基板間接続構造は、導電層が形成され、導電層の下部に空洞を有する第１基板と、導電層に対応する位置に貫通穴を有する第２基板とを、第２基板と導電層との間に間隙を開けて前記導電層領域以外の領域で固定し、貫通穴の開口部から液体状の導電性材料を挿入して、導電層に接し貫通穴の内部に充填された導電性材料を有する貫通導電部を形成する基板間接続構造とした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は第１基板と第２基板とを導電層領域以外の領域で間隙を開けて固定するので、間隙をあけて第２基板と対向する第１基板およびその上に形成した導電層は変形や破損を生じない。また、第２基板の貫通穴に液体状の導電性材料を挿入するので、導電性材料は貫通穴を抜けて第１基板上の導電層に接するとともに貫通穴を充填する貫通導電部となり、第２基板の第１基板と反対側の面に導電層の電気信号を取り出すことができる基板間接続構造となる。このため、基板間での信号の伝送特性が良好になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下では、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。図において同一の構成要素は同一の符号を用いて表示し、同一の符号についての説明は繰り返さず省略する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は本実施の形態１のパッケージの構造を示す断面図である。このパッケージは下側基板２と上側基板１とが積層した構造を備えている。図２は積層される前の下側基板２の構造を示す断面図、図３は積層される前の上側基板１の構造を示す断面図である。
【００１４】
図２のように、下側基板２の表面には低誘電率層２５が形成され、その低誘電率層２５の上に導電層９が形成されている。低誘電率層２５は下側基板２よりも比誘電率の低い層であり、例えば、下側基板２がシリコン（比誘電率１１．９）の場合、シリコンより誘電率の低いポーラスシリカ（比誘電率２．１〜２．３）や耐熱性のシリコーン樹脂（比誘電率２．８〜３．５）などで形成されている。導電層９が低誘電率層２５の上に形成されているので、導電層９を伝播する信号が、下側基板２など外部に伝播して損失が生じるなどの影響を減らすことができる。
【００１５】
図３のように、上側基板１には基板の厚み方向に貫通する貫通穴３を有している。貫通穴３は下側基板２と上側基板１とを対向して固定した際に導電層９に対応する位置となるように形成されている。
【００１６】
図１のように、低誘電率層２５が形成されていない領域の下側基板２と上側基板１との間に接着層２２を両面に備えた薄板２３が設置され、この薄板２３によって上側基板１と下側基板２とは相互に固定され、導電層９を内部に有するパッケージとなっている。
【００１７】
薄板２３および両面の接着層２２の厚みの合計を、貫通穴３の下の低誘電率層２５および導電層９の厚みの合計よりも大きくしてある。このため、上側基板１は導電層９と直接接しないように下側基板２に固定される。つまり、接着層２２を両面に備えた薄板２３は、下側基板２と上側基板１とを相互に固定する接着部となるだけでなく、上側基板１が導電層９に直接接しないようにするスペーサ２０にもなっている。このスペーサ２０は、それ自体が導電層９に接しないように導電層９の形成された領域の外側に形成されている。
【００１８】
貫通穴３の内部には金属が充填された貫通導電部１２が形成されている。詳細は後述するが、この貫通導電部１２は溶融した金属を貫通穴に挿入する方法で形成される。金属は貫通穴３からはみ出し、導電層９の表面にも接している。この貫通導電部１２によって下側基板２の導電層９の電気信号を下側基板２の反対側の上側基板１の面に取り出すことができる。例えば、貫通穴３からはみ出した貫通導電部１２に直接ワイヤーで配線接続してもよい。なお、貫通導電部１２は導電層９の表面全体に接するものではなく、貫通穴３の開口部が面する領域、あるいは領域とその近傍とからなる部分で導電層９の表面に接している。貫通導電部１２と接さない導電層９は上側基板１との間に間隙を有している。
【００１９】
なお図１には示さないが、パッケージ内の導電層９には例えば、電気素子が接続される、あるいは導電層９自体が高周波フィルタの形状となるように加工されている。このパッケージは、例えば、１つの貫通穴３の貫通導電部１２から導電層９に入力した信号を、パッケージ内の素子や高周波フィルタを経て、別の貫通穴３の貫通導電部１２から出力させるように用いられる。
【００２０】
導電層９の表面の貫通導電部１２の金属と接する部分の周辺には、接する部分よりも溶融したその金属が濡れ難い材料からなる金属広がり防止パッド１０が形成されている。金属をはんだとした場合、例えば接する部分の導電層９を金として、金属広がり防止パッド１０を例えば、Ａｌ、ＡｌＳｉ、Ｔｉ、Ｔａ、ステンレス合金、ＳｉＯ２、ＳｉＮＸ、などの濡れ難い材料を用いればよい。
【００２１】
なお、導電層９に溶融した貫通導電部１２の金属と濡れ難い材料を使用し、貫通部３の下部の一部の導電層９の表面に導電層９よりも溶融した金属と濡れ易い導電材料を付着させてもよい。その場合でも、溶融したその金属が接する部分よりも、その周辺が金属と濡れ難い構成となる。
【００２２】
次に、本実施の形態１のパッケージの製造手順を説明する。本実施の形態１では下側基板２、上側基板１とも不純物の少なく比抵抗１００Ωｃｍ以上のシリコン基板を用いた。基板の材料としてはシリコン以外に、ガリウムヒ素等の半導体、アルミナ等のセラミック、またはホウ珪酸ガラス等のガラスを使用することも適している。
【００２３】
まず下側基板２の上の一部の領域に低誘電率層２５を形成する。下側基板２の上に低誘電率層２５を形成後に、ドライエッチングやウェットエッチングなどでパターン加工してもよいし、感光性のシリコーン樹脂を用いる場合は写真製版により容易にパターン加工された低誘電率層２５を形成できる。
【００２４】
次に、その低誘電率層２５の上に導電層９を形成する。導電層９は、例えば金などの金属膜を真空蒸着法、スパッタ法またはメッキで形成し、その金属膜をパターン加工したものである。パターン加工には、写真製版とエッチングとを組み合わせた方法や、また真空蒸着時ではメタルマスクを用いた方法を使用することができる。
【００２５】
次に導電層９の貫通導電部１２が接触する所定の部分の周辺部に金属広がり防止パッド１０を形成する。成膜法やパターン加工法は導電層９と同様な技術を用いることができる。
【００２６】
次に、上側基板１の下側基板２の導電層９に対応する位置に貫通穴３を形成する。レジストなどで一方の面にマスクをして、アルカリ水溶液を用いたウェットエッチング法、または反応性イオンエッチング等のドライエッチング法によって貫通穴３を形成する。特に反応性イオンエッチングを用いた場合は、上側基板１の主面にほぼ垂直の内側面を有する貫通穴３を形成することができる。また貫通穴３を形成する方法として、サンドブラスト、機械加工またはレーザ加工のような物理的加工法を用いてもよい。
【００２７】
貫通穴３の形成後に熱酸化処理やＣＶＤ法によって貫通穴３の内側に酸化膜を形成してもよい。酸化膜により貫通導電部１２の信号が上側基板１側に伝播することを防ぐので伝送特性が向上する。酸化膜のかわりに他の誘電体膜であっても効果がある。
【００２８】
次に、スペーサ２０となる、接着層２２を両面に備えた薄板２３を下側基板２の低誘電率層２５が形成されてない領域に設置する。上側基板１の貫通穴３が下側基板２の導電層９の位置に対応する位置となるように上側基板１をアライメントしたうえで、上側基板１と下側基板２とを合わせ、接着層２２を両面に備えた薄板２３によって固定する。これにより、上側基板１と下側基板２とは、上側基板１と導電層９との間に間隙を開けて固定される。
【００２９】
次に、貫通穴３に金属を充填して、導電層９に接して貫通穴３の内部に充填された金属を有する貫通導電部１２を形成する。図４は本実施の形態１のパッケージの製造方法を示す模式図である。図４のように、メタルジェット法によりノズル３１から出る溶融金属粒子２８を貫通穴３の導電層９と反対側の開口部から挿入することで、貫通穴３に金属が充填される。溶融金属粒子２８は貫通穴３の導電層９側の開口部から出て導電層９にも接する。図には示さないが、ノズル３１は内部に金属を溶融状態で先端まで導くためヒーターで加熱された経路や、所定の量の溶融金属を先端から押し出す手段を備えている。溶融金属粒子２８の大きさは貫通穴３の穴径よりも小さいサイズとすると良い。
【００３０】
充填時に貫通穴３内で溶融金属粒子２８が直ちに固体化せずある程度流動するように、上側基板１が加熱されていてもよい。加熱により溶融金属粒子２８の流動性を向上させると、貫通穴３内に空気が閉じこめられて充填が不充分となったり貫通導電部１２の断線が生じたりする現象を防ぐことができる。貫通穴３内が金属の融点以上となるように加熱されていれば、さらに好ましい。
【００３１】
充填の過程は、例えば、貫通穴３をカメラ３４を用いて観察することができる。貫通穴３に溶融金属粒子２８が順次挿入される従って貫通穴３の内部の金属の上面が上昇する。貫通穴３の上面側の開口部よりも上側に金属の上面が到達すると充填が完了したので溶融金属粒子２８の挿入を終える。充填が完了することの検出は、貫通穴３と溶融金属粒子２８の大きさから所定の数の溶融金属粒子２８を挿入したことで判断する方法でもよいし、貫通穴３を斜め方向から照らすライト３５を設置して金属が穴の面に達した際に光の反射量が変化することを利用する方法でもよい。充填された溶融金属が冷却して固体化すれば充填された金属を含んだ貫通導電部１２となる。
【００３２】
以上のように、本実施の形態１のパッケージは、下側基板２の導電層９に直接接しないように上側基板１が固定する部分としてスペーサ２０を備え、導電層９の形成された領域以外の領域で下側基板２と上側基板１とが相互に固定され、上側基板１の導電層９に対応した位置に貫通穴３を有し、その貫通穴３の内部に金属が充填されて導電層９と接する貫通導電部１２を備えた基板間接続構造を有している。導電層９の下に低誘電率層２５を備えて特に高周波の信号の伝送特性が優れたパッケージとなる。導電層９の形成された領域以外の領域で下側基板２の導電層９と上側基板１とが直接接しないように固定されるので、低誘電率層２５およびその上の導電層９の変形や破損を防ぐことができる。また、上側基板１の上面側と導電層９との間の電気信号の伝達は、上側基板１の厚み方向に開けられた貫通穴３に形成された貫通導電部１２を通じて行われる。上記の方法で形成すると、貫通導電部１２は単一の金属で形成されるので、貫通導電部１２の途中では導電率が不連続とならず、インピーダンスの不整合が生じにくいので良好な伝送特性が得られる。また、貫通穴３は上側基板１の主面に垂直方向に形成されるので、上側基板１の上面側と導電層９との間の伝送が最短距離で行われるので良好な伝送特性が得られる。さらに、スペーサ２０によって貫通導電部１２と接さない部分の導電層９と上側基板１の間には間隙が開けられるので、導電層９を伝送する信号が基板材料によって受ける損失を低減することができる。
【００３３】
また、貫通導電部１２の製造方法としてメタルジェット法を用いたので、貫通導電部１２の作製時には導電層９と液体状態の金属と接し、固体状態の金属によって振動や圧力を受けない。また、導電層９上に付着した溶融金属が上側基板１によって押さえられることがない。このため、導電層９の変形や破損が生じることを防ぐことができ、高品質の伝送特性を実現できる。
【００３４】
また、メタルジェット法により貫通穴３の穴径よりも小さい溶融金属粒子２８を貫通穴３に挿入することにより、上側基板１の上面の不必要な部分に金属が付着することを防げる。また精度のよい充填が可能となる。
【００３５】
また、導電層９と貫通穴３の穴との間に間隙があるので、溶融金属粒子２８とともに貫通穴３に入る空気がその間隙から抜けやすく、貫通穴３に空気が残って貫通導電部１２の充填が不均一となったり、断線が生じたりする現象を低減できる。
【００３６】
なお、導電層９と貫通穴３の穴との間の間隙の高さは、例えば、２μｍ以上で１ｍｍ以下あると良い。さらに好ましくは間隙の高さと貫通穴３の開口周辺長さの積からなる間隙の面積が貫通穴３の開口面積以上となるようにその高さを貫通穴３の穴径の１／４以上としてもよい。その間隙の面積が溶融金属粒子２８の断面積以上となるようにしてもよく、例えば溶融金属粒子２８の直径が貫通穴３の穴径に比べて半分以下の場合には、その高さを貫通穴３の穴径の１／１６以上としても効果がある。また、溶融金属粒子２８は貫通穴３の穴径より小さいので、間隙の高さを少なくとも貫通穴３の穴径より小さくすると導電層９に達した溶融金属粒子２８が粒子のまま間隙からパッケージ内に侵入し、不良となる可能性を低減できる。より小さい溶融金属粒子２８を用いることを考慮すれば、間隙の高さを貫通穴３の穴径１／２以下とすると、溶融金属粒子２８が粒子のままの状態で間隙からパッケージ内に侵入する可能性をさらに低減できる。
【００３７】
なお貫通穴３の開口形状は円形に限られず、楕円、四角、多角形、不定形でもよい。貫通穴３は上側基板１の厚み方向に沿って、すなわち上側基板１の主面に垂直に形成されることが望ましいが、垂直であることは必須でなく傾斜していてもよい。また、同様に貫通穴３の内側の面も傾斜していてもよい。
【００３８】
また、低誘電率層２５の上の導電層９に直接貫通導電部１２を接続しているので、脆弱な低誘電率層２５の部分を避けて貫通導電部を形成する構造と比べて、本実施の形態１のパッケージの基板間の接続構造はパッケージ全体の面積を小さくでき、配線の長さも短くできる。特に多数の素子をパッケージ内に備え、それぞれについて上側基板１の上面側と電気信号を伝送するような構造のパッケージにおいて面積を小さくできる効果が大きい。
【００３９】
また、貫通導電部１２の接触する部分の周辺に金属広がり防止パッド１０を設け、貫通導電部１２の接触する部分に溶融した金属に濡れやすい表面を有し、その周辺部をぬれ難い表面としたので、溶融した金属が導電層９表面に広がって伝送特性が劣化することを防げる。
【００４０】
貫通穴３に充填する金属は、必ずしもはんだなどの低融点合金である必要は無く、金などの高融点金属でもメタルジェット法で噴出可能であればよい。また、ノズルにより液状の粒子を貫通穴３に挿入できれば金属以外の導電性充填剤であってもよい。
【００４１】
本実施の形態１では２枚の基板で構成するパッケージとしたが、同様な基板接続構造を有していれば、例えば多層基板などの他の製造物であっても同様に高品質な伝送特性を実現できる。
【００４２】
実施の形態２．
図５は本実施の形態２のパッケージを示す断面図である。このパッケージは下側基板２と上側基板１とを積層した構造を備えている。
【００４３】
下側基板２の表面には絶縁膜８が形成され、その絶縁膜８の上に導電層９ａ、９ｂおよび、パッド４ｂが形成されている。導電層９ａ、９ｂには素子５が電気的に接続される。素子５は、例えば高周波トランジスタなどの能動素子や、誘電体共振器などの受動素子である。素子５および、素子５の周辺の導電層９ａ、９ｂが形成された領域にある絶縁膜８の下部には基板材料が除去された空洞７を有している。パッド４ｂの下部には空洞７を有さない。空洞７は導電層９ａ、９ｂと反対側の底面に金属膜１１を備えている。
【００４４】
上側基板１には基板の厚み方向に貫通する貫通穴３および下側基板に対向する面にパッド４ａが形成されている。パッド４ａは下側基板２のパッド４ｂに対応した位置に形成されており、貫通穴３はパッド４ａとパッド４ｂとを対向して合わせたときに導電層９ａ、９ｂに対応した上方の位置となるように形成されている。上側基板１は導電層９ａ、９ｂに対向する面に凹部１３を有している。また、この凹部１３は導電層９ａ、９ｂに対向する面の貫通穴３の周辺にも形成されている。ただしパッド４ｂの形成される領域には凹部１３が形成されない。この凹部１３は図５のように上側基板１と下側基板２とを積層した際に導電層９ａ、９ｂの上部に基板材料のない空洞を形成する。凹部１３は素子５の導電層９ａ、９ｂに対向する面に接着層１７によって固定された金属膜１４を備え、この金属膜１４は素子５に対向した位置にある。
【００４５】
下側基板２のパッド４ｂと上側基板１のパッド４ａとは、それらの隙間に挟まれた接着用はんだ６によって対向した状態で相互に固定されている。パッド４ａおよびパッド４ｂの厚みの和は導電層９ａ、９ｂの厚みより厚い。このため、パッド４ａおよびパッド４ｂを対向して固定させた状態で、上側基板１と導電層９ａ、９ｂの表面とは直接接しない。言い換えれば、パッド４ａ、パッド４ｂおよびその隙間の接着用はんだ６は、下側基板２と上側基板１とを相互に固定するとともに、貫通穴３の近傍の下側基板２と導電層９ａ、９ｂの表面とが直接接しないようにするためのスペーサ２０となっている。
【００４６】
貫通穴３の内側には導電性の金属が充填された貫通導電部１２が形成されている。金属としては例えば、はんだを用いることができる。その金属は貫通穴３からはみ出し、導電層９ａ、９ｂの表面にも接している。この貫通導電部１２によって下側基板２の導電層９ａ、９ｂの電気信号を下側基板２の反対側の上側基板１の上面に取り出すことができる。
【００４７】
上側基板１の下側基板２と反対側の面にはコプレーナ線路１９ａ、１９ｂが形成されている。貫通穴３からはみ出した貫通導電部１２はコプレーナ線路１９ａ、１９ｂに接し、導電層９ａ、９ｂとコプレーナ線路１９ａ、１９ｂとが電気的に接続されている。
【００４８】
また、貫通穴３の内側の面には溶融した貫通導電部１２の金属が上側基板１の基板材料よりもぬれ易い金属からなる金属膜１６が形成されている。貫通導電部１２はその金属膜１６に接して貫通穴３に充填されている。
【００４９】
導電層９ａ、９ｂの表面の貫通導電部１２の金属と接する部分の周辺には、溶融したその金属が接する部分よりも濡れ難い材料からなる金属広がり防止パッド１０が形成されている。
【００５０】
図６は本実施の形態２のパッケージの上側基板１と下側基板２との斜視図である。なお、上側基板１と下側基板２とを相互に固定する前の状態を示し、貫通導電部１２と接着用はんだは記載していない。
【００５１】
上側基板１の下側基板２と反対側の面には、導電性の材料でコプレーナ線路１９ａ、１９ｂ、１９ｃが形成されている。コプレーナ線路１９ａは信号入力用の中心導体、コプレーナ線路１９ｂは信号出力用の中心導体、コプレーナ線路１９ｃは中心導体の両側に配置されたグランドである。
【００５２】
下側基板２の導電層９ａ、９ｂもそれぞれ、コプレーナ線路の信号入力用の中心導体、信号出力用の中心導体となっている。なお図５には示していないが、導電層９ａ、９ｂの外側にはコプレーナ線路のグランドとなる導電層９ｃが形成されている。
【００５３】
導電層９ａ、９ｂ、９ｃの上の貫通導電部１２と接すると素子との間には金属広がり防止パッド１０が形成されている。
【００５４】
導電層９ａ、９ｂ、９ｃの下部に空洞７が形成された下側基板２の領域は中空領域１８となっている。下側基板２のパッド４ｂは中空領域１８の外側の領域に導電層９ａ、９ｂ、９ｃを囲む形状に形成されている。上側基板１のパッド４ａもパッド４ｂに対応するように囲む形状となっている。このため本実施の形態２のパッケージは、パッド４ａとパッド４ｂとを対向して接着用はんだ６で固定させ、さらに貫通穴３に金属を充填するので、導電層９ａ、９ｂ、９ｃおよび素子５が密閉されたパッケージとなる。このような密閉構造とすることにより、導電層９ａ、９ｂ、９ｃおよび素子５を保護でき、信頼性の高いパッケージとすることができる。密閉構造の内部は、不活性ガスで置換、真空あるいは加圧としても良い。
【００５５】
下側基板２の導電層９ａに対応した位置に上側基板１の貫通穴３ａが形成され、その内部に形成された貫通導電部１２によって、導電層９ａは上側基板１のコプレーナ配線１９ａと電気的に接続される。同様に、下側基板２の導電層９ｂは貫通穴３ｂの貫通導電部１２によってコプレーナ配線１９ｂ、下側基板２の導電層９ｃは貫通穴３ｃの貫通導電部１２によってコプレーナ配線１９ｃと接続される。
【００５６】
図７は図６の点線Ａで上側基板１を切断した場合の断面図である。図７のように、貫通穴３ａ、３ｃのそれぞれは、コプレーナ線路１９ａ、１９ｃのそれぞれの一部に形成された開口穴の部分に上側基板１の厚み方向に形成されている。また、凹部１３が貫通穴３の周辺に形成されているので、上側基板１は貫通穴３の導電層９ａ、９ｂ側周辺に、貫通穴３を内側とする筒が導電層９ａ、９ｂ側に向かって突き出た形状を有している。
【００５７】
また、図８は図６の点線Ｂで上側基板１を切断した場合の断面図である。図８のように、貫通穴３ｄはコプレーナ線路１９ｃの一部に形成された開口穴の部分に上側基板１の厚み方向に形成されている。貫通穴３ｄの下部の開口部は金属膜１４に面している。接着層１７は貫通穴３ｄの下部の開口部を覆わないように形成されている。貫通穴３ｄも、貫通穴３ａ、３ｂ、３ｃと同様に金属が充填され、金属膜１４とコプレーナ線路１９ｃとが電気的に接続される。
【００５８】
次に、本実施の形態２のパッケージの製造手順について、まず下側基板２の製造、次に上側基板１の製造、最後に下側基板２と上側基板１とを積層しパッケージを製造の順に説明する。下側基板２、上側基板１は実施の形態１と同様な基板材料を用いることができる。
【００５９】
まず、下側基板２の製造手順を述べる。下側基板２の上側基板１に対向する面に空洞７を形成する。下側基板２の一方の面に写真製版などでマスクを形成して、アルカリ水溶液を用いたウェットエッチング法、または反応性イオンエッチング等のドライエッチング法によって空洞７を形成する。空洞７を形成する際には、サンドブラスト、機械加工またはレーザ加工のような物理的加工法を用いてもよい。
【００６０】
次に、空洞７の底面の基板表面に金属膜１１を成膜する。この金属膜１１は、例えば、下側基板２の空洞７と反対側の面にグランドの配線（図示なし）を形成して、そのグランドの配線と金属膜１１とを下側基板２に開けた貫通穴（図示なし）中の導電部を介して接続されてもよい。金属膜１１の主材料として、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ等の導電率が高い材料が用いられることが好ましい。金属膜１１の厚さは、望ましくは、０．３μｍ〜５０μｍであり、さらに望ましくは、１μｍ〜１０μｍである。これらの金属膜と下側基板１との間にＣｒまたはＴｉ等からなる密着力強化層が挿入されてもよい。その場合、密着力強化層の厚さは０．００５μｍ〜０．２μｍであることが好ましい。
【００６１】
次に、空洞７に樹脂を塗布して埋め、その樹脂の表面が下側基板２の空洞７が形成されていない表面部分と同じ高さになるようにＣＭＰ法で表面を平坦化する。その上にシリコン窒化膜等の絶縁膜８を成膜する。
【００６２】
次に、シリコン窒化膜等の絶縁膜８上に、導電層９ａ、９ｂ、９ｃおよび接続用のパッド４ｂを形成する。さらに、導電層９ａ、９ｂ、９ｃの貫通導電部１２が接触する所定の部分の周辺部に金属広がり防止パッド１０を形成する。さらに、導電層９ａ、９ｂ、９ｃの上に素子５を接続する。
【００６３】
次に、樹脂で埋められた空洞７上の導電層９ａ、９ｂ、９ｃが形成されていない部分の絶縁膜８の一部をドライエッチングで開口し（図示なし）、その開口部を介して樹脂をドライエッチングまたはウェットエッチングによって除去する。これにより導電層９ａ、９ｂ、９ｃの形成された領域には絶縁膜８の下が基板や樹脂などの固体の無い空洞７からなる中空領域１８となる。
【００６４】
なお、上記では接続用のパッド４ｂは導電層９ａ、９ｂ、９ｃと同じ膜で形成するとしたが、別々に形成してもよい。その際、接続用のパッド４ｂの厚みを導電層９ａ、９ｂ、９ｃの厚みより厚くすると、上側基板１の４ａと下側基板２の４ｂとを重ね合わせたときに、上側基板１と導電層９ａ、９ｂ、９ｃとの間に間隙ができ、上側基板１が導電層９ａ、９ｂ、９ｃに接触して表面を傷つけたり、中空領域１８を破損したりして伝送特性を劣化させる可能性が減少するので好ましい。
【００６５】
次に、上側基板１の製造手順を述べる。まず、上側基板１の下側基板２に対向する面に凹部１３を形成する。下側基板２に対抗する面に写真製版などでマスクを形成して、アルカリ水溶液を用いたウェットエッチング法、または反応性イオンエッチング等のドライエッチング法によって凹部１３を形成する。
【００６６】
次に、上側基板１の所定の箇所に貫通穴３を形成する。凹部３を形成した側と反対側の面にマスクをして、凹部３と同様にアルカリ水溶液を用いたウェットエッチング法、または反応性イオンエッチング等のドライエッチング法によって貫通穴３を形成する。
【００６７】
上側基板１としてシリコンなどの半導体を用いる場合は、貫通穴３形成後ＣＶＤ法などの方法により、貫通穴３の内側に酸化膜を付着するようにしてもよい。酸化膜により貫通導電部１２の信号が上側基板１側に伝播することを防ぐので伝送特性が向上する。酸化膜のかわりに他の誘電体膜であっても効果がある。
【００６８】
次に、貫通穴３の内側に上側基板１の材料よりも溶融した貫通導電部１２の金属に濡れやすい膜を形成する。例えば、貫通導電部１２の金属をはんだ、上側基板１をシリコンとした場合に、厚さ０.０５μｍのＣｒ膜、厚さ２μｍのＮｉ膜、および厚さ０.１μｍのＡｕ膜がこの順番で重ねられた３層膜を金属膜をスパッタ法などで成膜するとよい。Ａｕ膜の厚みは０．０１〜１μｍとするとよい。貫通穴３の内側表面を、上側基板１の材料よりも溶融した貫通導電部１２の金属に濡れやすくしたことにより、貫通穴３内部に金属が充填されやすくなり、貫通導電部１２に気泡などが入って断線が起こる可能性が減少する。
【００６９】
次に、下側基板２に対向し、かつ凹部１３が形成されてないパッケージ周辺部にパッド４ａを形成する。金属膜の形成方法としては、めっきまたはスパッタ法が用いられる。例えば、金属としてＮｉを用いて、その厚みを５μｍ以上にしてもよい。さらに上側基板１の凹部３と反対側の面に、金メッキなどの方法でコプレーナ線路１９ａ、１９ｂ、１９ｃを形成する。また、凹部３の素子５に対向する面に、まず接着層１７を形成して、その上に金属膜１４を接着する。金属膜１４は金属箔で形成されていてもよい。
【００７０】
最後に、上側基板１と下側基板２とからパッケージを製造する手順を述べる。まず、接続用のパッド４ｂ上に接着用はんだ６を付着させる。接着用はんだ６の付着させる方法としては、蒸着法、めっき法、溶融はんだをインクジェット法でパッドに向かって噴射する方法、または、型抜きによって作成された、はんだの塊をパッド４ｂ上に載置する方法等の種々の方法を用いてもよい。はんだの材質としては、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、または、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等が用いられることが好ましいが、この他の種々のはんだ材料が用いられてもよい。
【００７１】
次に、接着用はんだ６が付着した接続用のパッド４ｂの上に上側基板１のパッド４ａを重ね合わせて上側基板１と下側基板２とをはんだ接合で固定する。本実施の形態２ではパッド４ａとパッド４ｂとを合わせた厚みが貫通穴３の下の導電層９ａ、９ｂの厚さよりも厚くしたため、接着用はんだ６の厚みが薄い場合でも、上側基板１と下側基板２とを重ね合わせた際に導電層９ａ、９ｂが上側基板１に接触しない。また、上側基板１と下側基板２とをパッド４ａとパッド４ｂおよびその間には挟まれる接着用はんだ６で相互に固定したので、固定時にはんだの表面張力によりパッド４ａとパッド４ｂとが最も重なるように力が加わり、基板の面方向に位置精度の良い接続が容易となる。
【００７２】
上側基板１と下側基板２とをはんだ接合で固定の手順は、例えば、まずパッド４ａとパッド４ｂとを対向させ、貫通穴３の下に下側基板２の導電層９ａ、９ｂが位置するように下側基板１と上側基板２との相互の位置を調整し、次いで接着用はんだ６の融点以上の温度の加熱炉中で保持し、接着用はんだ６が溶融した状態で下側基板１と上側基板２とが密着し、加熱炉中から取り出し室温まで放冷し接着用はんだ６を固化する。はんだの材質としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕを用いた場合は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの融点が２２０℃であるため、加熱炉では、例えば、上側基板１および下側基板２は２２０℃よりも高い２７０℃で加熱するとよい。
【００７３】
このようにパッド４ａ、パッド４ｂおよび接着用はんだ６を合わせた部分は、上側基板１と下側基板２とを重ね合わせた際に導電層９ａ、９ｂが上側基板１に接触しないスペーサ２０となる。なお、接着用はんだ６の替わりに樹脂等の接着剤を用いて上側基板１と下側基板２とを固定してもよい。また、接着用はんだ６の替わりに両面粘着テープのように厚みのある接着層を挿入して、その厚みをスペーサ２０の厚みとして利用してもよい。
【００７４】
次に、メタルジェットのノズルを貫通穴３の上方に設置し、貫通穴３の直径より小さいサイズの溶融した金属粒子をノズルから貫通穴３に向かって挿入し、貫通穴３を金属で充填して貫通導電部１２を形成する。充填の際に貫通穴３の下側基板２の穴からはみ出た貫通導電部１２は下側基板２の導電層９ａ、９ｂと接し、電気的に接続する。貫通穴３に充填する金属は、必ずしもはんだなどの低融点合金である必要は無く、金などの高融点金属でもメタルジェット法で噴出可能であればよい。また、充填されて貫通穴３からはみ出た金属は上側基板１のコプレーナ線路１９ａ、１９ｂとも接する。コプレーナ線路１９ａ、１９ｂは貫通穴３の開口部近傍までパターンを有するようにしておけば貫通部３からはみ出す金属の量が少なくても貫通導電部１２の金属と接することが容易となる。
【００７５】
以上の方法により、上側基板１と導電層９ａ、９ｂとの間に間隙を開けて固定し、直接接触することなしに電気的な接続ができるので、下側基板２の脆弱な構造を破壊する可能性が極めて低くなる。また、その電気接続が連続した同一の材料からなるので、導電率が一様でインピーダンスの不連続が生じにくく、良好な伝送特性を実現できる。
【００７６】
また、メタルジェット法で溶融した金属粒子を貫通穴３に挿入する際に穴の一方が導電層９ａ、９ｂに密着しない構造となっているので、溶融した金属粒子とともに貫通穴３に入る空気が貫通穴３の底と導電層９ａ、９ｂとの間の間隙から抜けやすく、貫通導電部１２中に空気が閉じこめられ、貫通導電部１２が不均一となる現象や断線の発生を低減できる。
【００７７】
また、上側基板１の貫通穴３ｄも上記と同様に溶融した金属を充填することによって、凹部１３に形成した金属膜１４と上側基板１の表面に形成されたコプレーナ線路のグランド１９ｃとを電気的に接続することができる。
【００７８】
さらに本実施の形態２では導電層９ａ、９ｂの貫通導電部１２と接する周辺部に金属広がり防止パッド１０が形成されているので、貫通穴３から突き出て導電層９ａ、９ｂの表面に接した溶融金属が導電層９ａ、９ｂ表面全体に伝わり広がって伝送特性が劣化する現象を防ぐことができる。
【００７９】
パッケージを不活性ガスで封止するには、メタルジェット法で溶融した金属を貫通穴３に挿入する前に、貫通穴３を通じて内部を不活性ガスで置換しておき、不活性ガス雰囲気下で溶融した金属を貫通穴３に充填してもよいし、貫通穴３とは別にガス置換用の穴を設けておいて、不活性ガスで置換後にその穴を封じるなどの方法を用いてもよい。
【００８０】
パッケージを密閉する必要がなければ、パッド４ａ、４ｂは必ずしも導電層９ａ、９ｂ、９ｃを囲うように閉じた形状でなくても良い。また、下側基板２と上側基板１とをパッド４ａと４ｂとの間に挟まれる接着用はんだ６で固定したが、下側基板２と上側基板１とを固定する部分と、導電層９と上側基板１とが直接接しないようにするためのスペーサ２０は別の部分で構成されていてもよい。
【００８１】
導電層９ａ、９ｂやコプレーナ線路１９ａ、１９ｂは別の構造の伝送線路、例えば、マイクロストリップ線路で置き換えた構成としてもよい。また、中空領域１８は絶縁膜８に支持されず、導電層９のみで構成された構造としても絶縁膜８に基づく損失がなくなるのでよい。また、パッケージ内に素子５がなく、導電層９の伝送線路のみで構成されていてもよい。
【００８２】
以上のように、本実施の形態２ではパッケージの内部の導電層９ａ、９ｂ、９ｃとパッケージの内外に電気信号を入出力するための配線を高周波の信号を伝送するのに適したコプレーナ線路としたので、素子５に入出力する高周波の信号を損失や歪が小さくなる。また、上側基板１の下側基板２と反対側の面に貫通導電部１２が直接接続された信号線が形成された構成としたので、パッケージからの信号を容易に取り出すことができる。
【００８３】
また、下側基板２の中空領域１８では、導電層９ａ、９ｂ、９ｃの下部に空洞７が形成されているため、導電層９ａ、９ｂ、９ｃを伝送する信号が基板などの周囲の部分に影響を受けて損失を生じる量が減少し、空洞７に基板材料が充填されている場合に比べて高品質の信号の伝播を実現できる。
【００８４】
また、上側基板１の素子５およびその近傍の導電層９ａ、９ｂ、９ｃの上部に位置する部分に凹部１３が形成されているので、凹部１３が形成されていない場合に比べて導電層９ａ、９ｂ、９ｃを伝播する信号が誘電損失の影響が小さくなり、高品質の信号の伝播を実現できる。
【００８５】
また、この凹部１３は導電層９ａ、９ｂに対向する面の貫通穴３の周辺にも形成されるので、貫通導電部１２の周囲にある上側基板１が減少し、基板による誘電損失を低減することができる。貫通穴３の周辺の凹部１３は貫通穴３の周辺全周に形成されて、貫通穴３の導電層９ａ、９ｂ側の開口部周辺に貫通穴３を内側とする筒が貫通穴３に向かって突き出た形状を有していれば最も効果が大きいが、必ずしも凹部１３が貫通穴３の周辺全周に形成されず、一部に形成されていても効果がある。また、凹部１３の側面は傾斜していてもよく、貫通穴３を中心とする筒が導電層９ａ、９ｂ側に向かってテーパー状の突起となっていても良い。
【００８６】
また、凹部１３の上側基板１の表面に形成された金属膜１４は、導電層９ａ、９ｂ、９ｃを伝播する信号にパッケージの外部から侵入する電磁波の影響を防ぐことができる。また、同様に、空洞７の底面の下側基板２の表面に形成された金属膜１１も基板や外部から侵入する電磁波の影響を防ぐ効果がある。
【００８７】
また、本実施の形態２では下側基板２の導電層９ａ、９ｂ、９ｃをすべて中空領域１８で対応する貫通穴３の貫通導電部１２によってそれぞれ上側基板１のコプレーナ線路１９ａ、１９ｂ、１９ｃと接続したが、それらの一部が中空領域１８で接続されなくてもよい。中空領域１８の外側の領域は脆弱な構造でないので、上側基板１と接していてもよい。例えば、グランドの導電層９ｃはグランドのコプレーナ線路１９ｃと下側に空洞７のない領域で接続するようにしてもよく、導電層９ｃを上下基板の固定領域、つまり図５においてパッド４ｂのある領域まで延在するように形成して、パッド４ｂに対応する位置の上側基板に貫通穴３を設け、その貫通穴３を通じて上側基板１のコプレーナ線路１９ｃと接続するようにしてもよい。つまり、脆弱な構造である中空領域１８にある導電層９ａ、９ｂが上側基板１に直接接しないようにすれば、脆弱な構造上にない領域で導電層９ｃが上側基板１と接していてもよい。
【００８８】
また、本実施の形態２では下側基板２の導電層９ａ、９ｂとコプレーナ線路１９ａ、１９ｂとの接続に対して両側のグランドの導電層９ｃとグランドのコプレーナ線路１９ｃとを接続したが、グランドの導電層９ｃとグランドのコプレーナ線路１９ｃとの接続箇所はは中心線に沿って複数形成されていてもよい。中心線の導電層９ａ、９ｂに沿った両脇の導電層９ｃの複数個所でコプレーナ線路１９ｃと接続されると中心線の導電層９ａ、９ｂを伝送する信号に影響する不要な放射を減少することができ、伝送特性が良好となる。
【００８９】
本実施の形態２の凹部１３、金属膜１４、空洞７、金属膜１１のいずれかを省いた構成としてもよい。図９〜図１３はいずれも本実施の形態２と類似の構造を有するパッケージの構造を示す断面図である。なお図９〜図１３はパッケージの断面図のおよそ右半分を示している。また、図９〜図１３では貫通穴３内面の金属膜１６と上側基板１上のコプレーナ配線１９は省略している。
【００９０】
図９に示すパッケージは、本実施の形態２の図５の構成から上側基板１の凹部１３の面上の金属膜１４および空洞７の底面の金属膜１１を省いた構成である。図１０に示すパッケージは、本実施の形態２の図５の構成から上側基板１の貫通孔３部分の周辺の凹部１３およびその凹部１３上の金属膜１４を省いた構成である。図１１に示すパッケージは、図１０に示すパッケージからさらに下側基板２の空洞７の底面の金属膜１１を省いた構成である。図１２に示すパッケージは、本実施の形態２の図５の構成から下側基板２の空洞７およびその底面の金属膜１１を省いた構成である。図１３に示すパッケージは図１２に示すパッケージから上側基板１の凹部１３の面上の金属膜１４を省いた構成である。
【００９１】
以上の図９〜図１３に示したパッケージ構成では、本実施の形態２の図５の構成と比較して、空洞７、空洞７の底面の金属膜１１、凹部１３および凹部１３の面に形成された金属膜１４のいずれかを欠くので、欠けた部分の効果は得られないが、その分構成が簡単になり製造が容易となる。
【００９２】
以上の実施の形態２のパッケージは実施の形態１のパッケージと同様に、導電層９ａ、９ｂが形成された下側基板２と、導電層９ａ、９ｂの対応する位置に貫通穴３を備え導電層９ａ、９ｂと直接接しないように固定された上側基板１と、導電層９ａ、９ｂに接し貫通穴３の内部に充填された貫通導電部１２とを備えた基板間接続構造を有している。このため、実施の形態１と同様に、導電層９ａ、９ｂは変形や破損が生じず、基板間での信号の伝送特性が良好なパッケージが得られる。
【００９３】
実施の形態３．
図１４は本実施の形態３のパッケージの構造を示す断面図である。図５に示した実施の形態２からスペーサ２０の構成と凹部１３の形状を変えて、空洞７の底面の金属膜１１と凹部１３の面上の金属膜１４とを省いた構成である。
【００９４】
本実施の形態３のスペーサ２０は上側基板１の一部であり、下側基板２に対向する貫通穴３の開口部よりも下側基板２側に張り出した部分である。このスペーサ２０の高さが貫通穴３の開口部の下の下側基板２上の導電層９ａ、９ｂの厚みよりも大きいので、上側基板１と下側基板２とを相互に張り合わせた場合に、導電層９ａ、９ｂは貫通穴３の開口部が形成された上側基板１と直接接しない。
【００９５】
上側基板１をシリコンで作製し、下側基板２上の絶縁膜８をガラス膜とした場合、上側基板１と下側基板２とを陽極接合で固定することができる。絶縁膜８をシリコン、上側基板１をガラスとしてもよい。陽極接合で固定するとはんだや接着剤で固定した場合に比べ接着部の厚みのばらつきの影響がなくなり、導電層９ａ、９ｂと貫通穴３の開口部との間隙のサイズを精確にすることができるので、製造時の歩留まりが向上する。
【００９６】
上側基板１の凹部１３は導電層９ａ、９ｂに対向する上側基板１の面に凹部１３が形成されているが、貫通穴３よりスペーサ２０側には形成されていない。ただし、貫通穴３内からみると、一方には凹部１３が形成されているので貫通導電部１２の信号の損失を防ぐ効果がある。
【００９７】
スペーサ２０と凹部１３とは上側基板１を多段にエッチング加工することで容易に形成することができる。上側基板１の下側基板２に対向する面のスペーサ２０以外の部分をまず、所定の深さとなるようにエッチングする。その深さがスペーサ２０の高さとなる。次いで、凹部１３を形成する部分のみをさらに深くエッチングする。このようにスペーサ２０を上側基板１の一部に形成したことにより、パッケージの製造が簡単になる。
【００９８】
実施の形態４．
図１５は本実施の形態４の多層基板の構造を示す断面図である。下側基板２と中間基板４１と上側基板１とを積層した構成である。
【００９９】
下側基板２の表面には低誘電率層２５が形成され、その低誘電率層２５の上に導電層９が形成されている。中間基板４１の貫通導電部１２が接する部分の周辺の導電層９の表面には金属広がり防止パッド１０が形成されている。
【０１００】
中間基板４１は下側基板２の導電層９に対応する位置に貫通穴３を有している。また、下側基板２に対向する中間基板４１の面には、貫通穴３の下側基板２に対向する側の開口部が下側基板２状の導電層９と直接接しないように、基板の一部からなるスペーサ２０を有している。また下側基板２の低誘電率層２５の形成された領域に対向する面に凹部１３が形成されている。図１５のように、凹部１３の側面をスペーサ２０の側面と一致させると、下側基板２に対向する中間基板４１の面を同じエッチングパターンで加工することができて製造が容易である。なお、貫通穴３の周囲が導電層９側に対して突起状に伸びた形状とするため、凹部１３は多段のエッチング加工で形成される。
【０１０１】
中間基板４１の上側基板１に対向する面には、低誘電率層２５が形成され、その低誘電率層２５の上に導電層９が形成されている。上側基板１の貫通導電部１２が接する部分の周辺の導電層９の表面には金属広がり防止パッド１０が形成されている。貫通穴３が形成された部分の低誘電率層２５、およびその上の導電層９は、貫通穴３の位置に貫通穴３とほぼ同サイズの開口穴を有している。中間基板４１の貫通穴３と低誘電率層２５の開口穴と導電層９の開口穴とには金属が充填され、貫通導電部１２が形成されている。この貫通導電部１２は両端の開口部から突出して、下側基板２の導電層９と中間基板４１の導電層９とに接している。
【０１０２】
上側基板１は中間基板４１の導電層９に対応する位置に貫通穴３を有している。この貫通穴３は、図１５のように、中間基板４１の貫通穴３とずれた位置に形成されている。中間基板４１に対向する上側基板１の面には、下側基板２に対向する中間基板４１の面と同様にスペーサ２０と凹部１３とが形成されている。凹部１３は中間基板４１の導電層９だけでなく、中間基板４１の導電層９の開口部から突出した貫通導電部１２に接しない高さを有している。
【０１０３】
上側基板１の貫通穴３には金属が充填され、貫通導電部１２が形成されている。この貫通導電部１２は開口部から突出して、中間基板３１の導電層９に接している。以上により、下側基板２の導電層９は上側基板１の貫通導電部１２と電気的に接続され、下側基板２の導電層９に上側基板の上部から電気信号を入出力できる多層基板構造となる。なお、中間基板４１のスペーサ２０と下側基板２、および上側基板のスペーサ２０と中間基板４１とはそれぞれ接着層２２により相互に固定される。
【０１０４】
従って、実施の形態４の多層基板は、下側基板１と中間基板４１との間、および中間基板４１と上側基板１との間に導電層９が形成された第１基板と、導電層９の対応する位置に貫通穴３を備え導電層９と直接接しないように固定された第２基板と、導電層９に接し貫通穴３の内部に充填された貫通導電部１２とを備えた基板間接続構造を有している。このため、導電層９に変形や破損が生じず、基板間での信号の伝送特性が良好な多層基板が得られる。
【０１０５】
また、上記のように、基板を貫通する貫通導電部１２で直接に低誘電率層２５の上の導電層９と接続するので、配線が短くなり損失が低減し、またコンパクトな多層基板構造が得られる。なお、本実施の形態４では３枚の基板の多層基板としたが、中間基板４１の枚数を増やして４枚以上の多層基板としてもよいし、上側基板１と下側基板２との２枚のみでもよい。
【０１０６】
以上の実施の形態１から４のいずれかで述べた基板間接続構造の一部の構造を他の実施の形態の基板間接続構造とを組み合わせた構成としてもよい。また、基板間接続構造を有する製造物がパッケージでも、多層基板でもよく、あるいは他の製造物であってもよい。
【０１０７】
実施の形態１から４での貫通導電部１２は、貫通穴３にメタルジェット法のノズルから噴出される溶融した金属粒子を挿入して形成されたが、液体状の導電性材料が挿入されて形成されるのであれば、他の材料や方法で形成されても下側基板の表面や導電層の変形、破損を防止する効果がある。たとえば、溶融した金属を細管で注入してもよいし、また、適度に粘性を有する有機液体に導電性の金属微粒子を分散させた金属ペーストであってよい。金属ペーストを用いる場合は、例えば、金属ペーストを貫通穴３にインクジェット法などで挿入後に、有機液体を加熱除去して固化する方法で貫通導電部１２が形成される。
【０１０８】
また、金属広がり防止パッド１０の部分は、例えば有機バインダーが濡れ難いフッ素樹脂で形成してもよい。導電層９の貫通導電部１２と接する部分の周辺にフッ素樹脂を付着させるには、塗布型のフッ素樹脂材料を用いて、ポッティングや筆塗りなどの方法を用いればよい。
【０１０９】
また、スペーサ２０は貫通穴３が形成された基板と導電層９とが直接接しないようにするためのものであり、導電層９の領域の外側に形成されていれば他の構造であっても良く、上側基板１と下側基板２とを積層した場合に導電層９の表面を変形や破損することを防ぐことができる。例えば、下側基板２の表面に凸部を形成したものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の実施の形態１のパッケージの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１のパッケージの構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１のパッケージの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１のパッケージの製造方法を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態２のパッケージの構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２のパッケージの構造を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態２のパッケージの構造を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２のパッケージの構造を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２のパッケージと類似の構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２のパッケージと類似の構造を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２のパッケージと類似の構造を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２のパッケージと類似の構造を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２のパッケージと類似の構造を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３のパッケージの構造を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態４の多層基板の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１：上側基板、２：下側基板、３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ：貫通穴、４ａ、４ｂ：パッド、５：素子、６：接着用はんだ、７：空洞、８：絶縁膜、９、９ａ、９ｂ、９ｃ：導電層、１０：金属広がり防止パッド、１１：金属膜、１２：貫通導電部、１３：凹部、１４、１６：金属膜、１６：金属膜、１７、２２：接着層、１８：中空領域、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ：コプレーナ線路、２０：スペーサ、２３：薄板、２５：低誘電率膜、２８：溶融金属粒子、３１：ノズル、３４：カメラ、３５：ライト、４１：中間基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層を有し前記導電層の下部に空洞を有する第１基板と、
前記導電層と直接接しないように前記導電層領域以外の領域で前記第１基板に固定され、前記導電層に対応する位置に貫通穴を有する第２基板と、
前記導電層に接し前記貫通穴の内部に充填された導電性材料を有する貫通導電部と、
を備えた基板間接続構造。
【請求項２】
空洞が導電層と反対側の底面に金属膜を備えたことを特徴とする請求項１に記載の基板間接続構造。
【請求項３】
第２基板が導電層に対向する表面に凹部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板間接続構造。
【請求項４】
凹部が導電層に対向する面に金属膜を備えたことを特徴とする請求項３に記載の基板間接続構造。
【請求項５】
第２基板は貫通穴を内側とする筒が導電層側に向かって突き出た形状を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の基板間接続構造。
【請求項６】
導電層の貫通導電部と接する部分の周辺に、前記部分よりも液体状の導電性材料が濡れ難い材料を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の基板間接続構造。
【請求項７】
第２基板の第１基板と反対側の面に貫通導電部と接続する信号線が形成されたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の基板間接続構造。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の基板間接続構造を備えたパッケージ。
【請求項１】
導電層を有し前記導電層の下部に空洞を有する第１基板と、
前記導電層と直接接しないように前記導電層領域以外の領域で前記第１基板に固定され、前記導電層に対応する位置に貫通穴を有する第２基板と、
前記導電層に接し前記貫通穴の内部に充填された導電性材料を有する貫通導電部と、
を備えた基板間接続構造。
【請求項２】
空洞が導電層と反対側の底面に金属膜を備えたことを特徴とする請求項１に記載の基板間接続構造。
【請求項３】
第２基板が導電層に対向する表面に凹部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板間接続構造。
【請求項４】
凹部が導電層に対向する面に金属膜を備えたことを特徴とする請求項３に記載の基板間接続構造。
【請求項５】
第２基板は貫通穴を内側とする筒が導電層側に向かって突き出た形状を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の基板間接続構造。
【請求項６】
導電層の貫通導電部と接する部分の周辺に、前記部分よりも液体状の導電性材料が濡れ難い材料を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の基板間接続構造。
【請求項７】
第２基板の第１基板と反対側の面に貫通導電部と接続する信号線が形成されたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の基板間接続構造。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の基板間接続構造を備えたパッケージ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−６９９５４（Ｐ２０１２−６９９５４Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２１０７５（Ｐ２０１１−２２１０７５）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【分割の表示】特願２００６−３１０４２４（Ｐ２００６−３１０４２４）の分割
【原出願日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【分割の表示】特願２００６−３１０４２４（Ｐ２００６−３１０４２４）の分割
【原出願日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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