配線用基板
【目的】 高周波回路に対応でき、かつフリップチップによりＩＣチップを搭載する場合に、優れた放熱性が得られる配線用基板を得る。
【構成】 シリコン基板２上に複数の導電層からなる配線層７を有し、かつフリップチップ用のバンプ８を有する配線用基板であって、該バンプ８が配線層７の最内層の導電層６に接続している。
【構成】 シリコン基板２上に複数の導電層からなる配線層７を有し、かつフリップチップ用のバンプ８を有する配線用基板であって、該バンプ８が配線層７の最内層の導電層６に接続している。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、シリコン基板上に複数の配線層を有する配線用基板であって、フリップチップによりＩＣチップを搭載するのに好適な配線用基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、基板上に配線層を形成した配線用基板としては、ガラスエポキシ基板、セラミック基板、メタル基板等が使用されている。
【０００３】また、配線用基板にＩＣチップを接続する方法としては、予めＩＣチップの端子部に半田バンプを形成しておき、配線用基板の最外層に形成した端子部にも予備半田した後に、両者を加熱圧着するフリップチップと、ＩＣチップの端子と配線用基板の端子とを金等の細線により接続するワイヤーボンディングが知られている。
【０００４】このうちフリップチップはワイヤーボンディングに比べて、ＩＣチップの接続に要する配線長が短いので高周波回路に使用するチップの接続に好適であり、また、高速ボンディングに適し、歩留りも高いことから好ましい接続方法である。
【０００５】しかし、搭載するＩＣチップと配線用基板との熱膨張率が近いことが必要となるため、ガラスエポキシ基板やメタル基板では使用することができない。また、フリップチップはＩＣチップの放熱性に劣るため、ＩＣチップの放熱性を向上させるためにチップ自体に冷却装置を接触させることが必要とされている。
【０００６】これに対して、ワイヤーボンディングはチップの放熱性は比較的良好ではあるが、この場合でも発熱量の大きいチップを搭載する場合には配線用基板裏面に別途放熱層を設け、その放熱層とＩＣチップとを接続するサーマルビアホール（thermal via hole）を形成することがなされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来のようにＩＣチップに冷却装置を接触させることは、装置全体が大規模にならざる得ないという問題があり、また、サーマルビアホールを形成することは配線密度が低下し、配線層の層数を増加させなくてはならないという問題があった。
【０００８】この発明は以上のような従来技術の課題を解決しようとするものであり、高周波回路に対応でき、高速ボンディングに適し、歩留りも高いフリップチップによりＩＣチップを配線用基板に搭載する場合に、優れた放熱性が得られるようにすることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明者は、配線用基板の基板材料としてシリコンを使用し、かつフリップチップで使用するバンプを配線用基板の配線層の最内層の導電層に接続するように形成すれば、ＩＣチップからバンプを通してシリコン基板に至る放熱経路のうち熱伝導率の低い部分は、バンプを接続する導電層とシリコン基板との間の絶縁層のみとなるので、この放熱経路の熱抵抗は低くなるため、ＩＣチップに生じた熱は、ＩＣチップからバンプを通して熱伝導率の高いシリコン基板側から容易に放熱されることを見出し、この発明を完成させるに至った。
【００１０】すなわち、この発明は、シリコン基板上に複数の導電層からなる配線層を有し、かつフリップチップ用のバンプを有する配線用基板であって、該バンプが配線層の最内層の導電層に接続していることを特徴とする配線用基板を提供する。
【００１１】
【作用】この発明の配線用基板は、シリコンを基板としているので熱膨張率がＩＣチップに近くなり、ＩＣチップをフリップチップにより搭載することが可能となる。したがって、高周波回路に対応できる配線用基板となると共に、チップ搭載時のボンディング速度や歩留りを向上させることが可能となる。さらに、シリコンを基板とすることにより、ＩＣプロセスの微細加工技術を使用してシリコン基板上の配線層を細密に形成することが可能となり、従来１００μｍピッチ程度であった配線層のパターンを１０μｍピッチ程度に形成することが可能となる。
【００１２】また、この発明の配線用基板は、フリップチップ用のバンプを有し、かつそのバンプは配線層の最内層の導電層に接続しているので、そのバンプを使用してＩＣチップを搭載すると、ＩＣチップからバンプを通してシリコン基板に至るＩＣチップの放熱経路のうち熱伝導率の低い部分は、バンプを接続する導電層とシリコン基板との間の絶縁層のみとなるので、この放熱経路の熱抵抗はバンプを外層の導電層に接続した場合に比べて著しく低くなる。このため、ＩＣチップに発生した熱をバンプを通してシリコン基板側へ効率よく放熱させることが可能となる。したがって、シリコン基板を冷却することにより、高発熱量のＩＣチップも搭載することが可能となる。
【００１３】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。
【００１４】図１は、この発明の配線用基板１にベア状のＩＣチップ１０をフリップチップにより搭載した場合の断面図である。
【００１５】同図の配線用基板１においては、シリコン基板２上に絶縁層３、給電層（ＶＤＤまたはＶＣＣ）４が積層し、さらにこの上に絶縁層５と信号層６が交互に積層した配線層７が形成されている。また、ＩＣチップ１０を配線層７の最内層の信号層６と接続するためのバンプ８が形成されている。
【００１６】ここで、シリコン基板２には一般的なＩＣプロセスに使用するシリコンウエハを使用することができ、その厚さは例えば５００μｍ程度とする。また、絶縁層３は、例えばＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４のアモルファスから形成でき、その厚さは０．５〜０．０１μｍとすることができる。このような絶縁層３は、一般的なＩＣプロセスと同様にシリコン基板の酸化などにより容易にピンホールなく形成することができる。また、給電層４は、絶縁層３上に例えば金やアルミニウムなどの金属を全面に５μｍ程度蒸着メッキすることにより形成できる。
【００１７】配線層７を形成する信号層６は金、アルミニウム、銅などから形成でき、その幅は通常５〜５０μｍ、厚さ１μｍ以下とする。このような信号層６も金属の蒸着メッキあるいはスパッタなどにより形成することができる。また、絶縁層５はポリイミド、テフロンなどから形成でき、通常厚さ５μｍ以下とする。その形成方法としては、これらを形成する樹脂組成物を常法により印刷または塗布すればよい。
【００１８】なお、上記のような配線用基板１を構成する各層はそれぞれ常法によりパターニングでき、それらには必要に応じてスルーホールやバイヤボールが形成される。
【００１９】バンプ８は金合金等から形成でき、その大きさは例えば１００μｍ□程度とすることができる。その形成方法としては、フリップチップによりＩＣチップ１０を配線層７の最内層の信号層６に電気的、機械的に接続できるバンプが得られる限り特に制限はないが、たとえば配線層７の絶縁層５と信号層６とを交互に積層させる際に、同時にバンプ８になる部分に金属層を積層していけばよい。
【００２０】このような配線用基板１において、絶縁層５の構成材料として一般に使用されるポリイミドの熱伝導率は２〜４０Ｗ／ｍ℃程度であり、テフロンの熱伝導率は６Ｗ／ｍ℃程度と小さい。また、信号層６の構成材料のとなる金の熱伝導率は２００Ｗ／ｍ℃以上と大きく、シリコン基板２の熱伝導率も１４８Ｗ／ｍ℃程度はある。したがって、従来のようにバンプを最外層の信号層に接続すると、そのバンプに接続したＩＣチップからバンプを介してシリコン基板に至る放熱経路中に熱伝導率の小さい絶縁層５が多数層存在することになり、その放熱経路の熱抵抗は大きくなるが、図１の配線用基板１のように、バンプ８を配線層７の最内層の信号層６に接続すると、バンプ８に接続したＩＣチップ１０からシリコン基板２に至る放熱経路中に熱伝導率の小さい絶縁層５は僅かな厚みで存在するのみとなるので、その放熱経路の熱抵抗は小さくなり、ＩＣチップ１０の放熱性が著しく改善される。
【００２１】たとえば、ＩＣチップを直接シリコン基板に搭載したときにそのチップの最高温度が８０℃になるようにＩＣチップの発熱量を設定した場合、そのようなＩＣチップをバンプが配線層の最外層に形成されている従来の配線用基板に搭載すると、ＩＣチップの最高温度は２２６℃に達するが、図１の配線用基板１に搭載するとその最高温度は約８６℃までしか上昇しない。
【００２２】以上のように、この発明の配線用基板はシリコンを基板とし、フリップチップ用のバンプが配線層の最内層の導電層（図１の配線用基板においては、最内層の信号層６）に接続していることを特徴とするものであり、このような構成を有する限り種々の態様をとることができる。
【００２３】たとえば、図１の配線用基板１に対して、図２に示すように、シリコン基板２の裏面に空冷用のフィン９を付けることができる。これによりバンプに接続したＩＣチップの放熱性を一層向上させることが可能となる。
【００２４】また、図１に示した配線用基板１においては、給電層４を絶縁層３を介してシリコン基板２上に形成し、バンプ８と接続させる信号層６を給電層４の上層に形成しているが、給電層４や配線層７の形成位置がこれに限られることはない。たとえば図３に示すように、バンプ８と接続させる信号層６をシリコン基板２の直ぐ上の絶縁層３上に、給電層４と同一の平面内に形成してもよい。これにより、バンプ８に接続するＩＣチップの放熱性を一層向上させることが可能となる。
【００２５】この配線用基板は、使用形態についても特に制限はなく、高周波回路にも対応できる。また、従来のような大規模な冷却装置を使用することなく高発熱量のＩＣチップを搭載できる。特に高発熱量のチップを搭載する場合には簡易な冷却装置と共に使用することが好ましい。
【００２６】例えば、図４に示したように、図１に示したような配線用基板１にＩＣチップ１０（５〜２０ｍｍ□）を搭載し、それを通常のプリント基板１１（１０ｃｍ□）に接続し、ファン１２を備えたコンピュータ装置１３に載置することができる。
【００２７】
【発明の効果】この発明の配線用基板よれば、高周波回路に対応でき、フリップチップによりＩＣチップを搭載した場合に優れた放熱性を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の配線用基板の実施例の断面図である。
【図２】この発明の配線用基板の他の態様の斜視図である。
【図３】この発明の配線用基板の他の態様の断面図である。
【図４】この発明の配線用基板の使用態様の説明図である。
【符号の説明】
１ 配線用基板
２ シリコン基板
３ 絶縁層
４ 給電層
５ 絶縁層
６ 信号層
７ 配線層
８ バンプ
９ フィン
１０ ＩＣチップ
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、シリコン基板上に複数の配線層を有する配線用基板であって、フリップチップによりＩＣチップを搭載するのに好適な配線用基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、基板上に配線層を形成した配線用基板としては、ガラスエポキシ基板、セラミック基板、メタル基板等が使用されている。
【０００３】また、配線用基板にＩＣチップを接続する方法としては、予めＩＣチップの端子部に半田バンプを形成しておき、配線用基板の最外層に形成した端子部にも予備半田した後に、両者を加熱圧着するフリップチップと、ＩＣチップの端子と配線用基板の端子とを金等の細線により接続するワイヤーボンディングが知られている。
【０００４】このうちフリップチップはワイヤーボンディングに比べて、ＩＣチップの接続に要する配線長が短いので高周波回路に使用するチップの接続に好適であり、また、高速ボンディングに適し、歩留りも高いことから好ましい接続方法である。
【０００５】しかし、搭載するＩＣチップと配線用基板との熱膨張率が近いことが必要となるため、ガラスエポキシ基板やメタル基板では使用することができない。また、フリップチップはＩＣチップの放熱性に劣るため、ＩＣチップの放熱性を向上させるためにチップ自体に冷却装置を接触させることが必要とされている。
【０００６】これに対して、ワイヤーボンディングはチップの放熱性は比較的良好ではあるが、この場合でも発熱量の大きいチップを搭載する場合には配線用基板裏面に別途放熱層を設け、その放熱層とＩＣチップとを接続するサーマルビアホール（thermal via hole）を形成することがなされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来のようにＩＣチップに冷却装置を接触させることは、装置全体が大規模にならざる得ないという問題があり、また、サーマルビアホールを形成することは配線密度が低下し、配線層の層数を増加させなくてはならないという問題があった。
【０００８】この発明は以上のような従来技術の課題を解決しようとするものであり、高周波回路に対応でき、高速ボンディングに適し、歩留りも高いフリップチップによりＩＣチップを配線用基板に搭載する場合に、優れた放熱性が得られるようにすることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明者は、配線用基板の基板材料としてシリコンを使用し、かつフリップチップで使用するバンプを配線用基板の配線層の最内層の導電層に接続するように形成すれば、ＩＣチップからバンプを通してシリコン基板に至る放熱経路のうち熱伝導率の低い部分は、バンプを接続する導電層とシリコン基板との間の絶縁層のみとなるので、この放熱経路の熱抵抗は低くなるため、ＩＣチップに生じた熱は、ＩＣチップからバンプを通して熱伝導率の高いシリコン基板側から容易に放熱されることを見出し、この発明を完成させるに至った。
【００１０】すなわち、この発明は、シリコン基板上に複数の導電層からなる配線層を有し、かつフリップチップ用のバンプを有する配線用基板であって、該バンプが配線層の最内層の導電層に接続していることを特徴とする配線用基板を提供する。
【００１１】
【作用】この発明の配線用基板は、シリコンを基板としているので熱膨張率がＩＣチップに近くなり、ＩＣチップをフリップチップにより搭載することが可能となる。したがって、高周波回路に対応できる配線用基板となると共に、チップ搭載時のボンディング速度や歩留りを向上させることが可能となる。さらに、シリコンを基板とすることにより、ＩＣプロセスの微細加工技術を使用してシリコン基板上の配線層を細密に形成することが可能となり、従来１００μｍピッチ程度であった配線層のパターンを１０μｍピッチ程度に形成することが可能となる。
【００１２】また、この発明の配線用基板は、フリップチップ用のバンプを有し、かつそのバンプは配線層の最内層の導電層に接続しているので、そのバンプを使用してＩＣチップを搭載すると、ＩＣチップからバンプを通してシリコン基板に至るＩＣチップの放熱経路のうち熱伝導率の低い部分は、バンプを接続する導電層とシリコン基板との間の絶縁層のみとなるので、この放熱経路の熱抵抗はバンプを外層の導電層に接続した場合に比べて著しく低くなる。このため、ＩＣチップに発生した熱をバンプを通してシリコン基板側へ効率よく放熱させることが可能となる。したがって、シリコン基板を冷却することにより、高発熱量のＩＣチップも搭載することが可能となる。
【００１３】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。
【００１４】図１は、この発明の配線用基板１にベア状のＩＣチップ１０をフリップチップにより搭載した場合の断面図である。
【００１５】同図の配線用基板１においては、シリコン基板２上に絶縁層３、給電層（ＶＤＤまたはＶＣＣ）４が積層し、さらにこの上に絶縁層５と信号層６が交互に積層した配線層７が形成されている。また、ＩＣチップ１０を配線層７の最内層の信号層６と接続するためのバンプ８が形成されている。
【００１６】ここで、シリコン基板２には一般的なＩＣプロセスに使用するシリコンウエハを使用することができ、その厚さは例えば５００μｍ程度とする。また、絶縁層３は、例えばＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４のアモルファスから形成でき、その厚さは０．５〜０．０１μｍとすることができる。このような絶縁層３は、一般的なＩＣプロセスと同様にシリコン基板の酸化などにより容易にピンホールなく形成することができる。また、給電層４は、絶縁層３上に例えば金やアルミニウムなどの金属を全面に５μｍ程度蒸着メッキすることにより形成できる。
【００１７】配線層７を形成する信号層６は金、アルミニウム、銅などから形成でき、その幅は通常５〜５０μｍ、厚さ１μｍ以下とする。このような信号層６も金属の蒸着メッキあるいはスパッタなどにより形成することができる。また、絶縁層５はポリイミド、テフロンなどから形成でき、通常厚さ５μｍ以下とする。その形成方法としては、これらを形成する樹脂組成物を常法により印刷または塗布すればよい。
【００１８】なお、上記のような配線用基板１を構成する各層はそれぞれ常法によりパターニングでき、それらには必要に応じてスルーホールやバイヤボールが形成される。
【００１９】バンプ８は金合金等から形成でき、その大きさは例えば１００μｍ□程度とすることができる。その形成方法としては、フリップチップによりＩＣチップ１０を配線層７の最内層の信号層６に電気的、機械的に接続できるバンプが得られる限り特に制限はないが、たとえば配線層７の絶縁層５と信号層６とを交互に積層させる際に、同時にバンプ８になる部分に金属層を積層していけばよい。
【００２０】このような配線用基板１において、絶縁層５の構成材料として一般に使用されるポリイミドの熱伝導率は２〜４０Ｗ／ｍ℃程度であり、テフロンの熱伝導率は６Ｗ／ｍ℃程度と小さい。また、信号層６の構成材料のとなる金の熱伝導率は２００Ｗ／ｍ℃以上と大きく、シリコン基板２の熱伝導率も１４８Ｗ／ｍ℃程度はある。したがって、従来のようにバンプを最外層の信号層に接続すると、そのバンプに接続したＩＣチップからバンプを介してシリコン基板に至る放熱経路中に熱伝導率の小さい絶縁層５が多数層存在することになり、その放熱経路の熱抵抗は大きくなるが、図１の配線用基板１のように、バンプ８を配線層７の最内層の信号層６に接続すると、バンプ８に接続したＩＣチップ１０からシリコン基板２に至る放熱経路中に熱伝導率の小さい絶縁層５は僅かな厚みで存在するのみとなるので、その放熱経路の熱抵抗は小さくなり、ＩＣチップ１０の放熱性が著しく改善される。
【００２１】たとえば、ＩＣチップを直接シリコン基板に搭載したときにそのチップの最高温度が８０℃になるようにＩＣチップの発熱量を設定した場合、そのようなＩＣチップをバンプが配線層の最外層に形成されている従来の配線用基板に搭載すると、ＩＣチップの最高温度は２２６℃に達するが、図１の配線用基板１に搭載するとその最高温度は約８６℃までしか上昇しない。
【００２２】以上のように、この発明の配線用基板はシリコンを基板とし、フリップチップ用のバンプが配線層の最内層の導電層（図１の配線用基板においては、最内層の信号層６）に接続していることを特徴とするものであり、このような構成を有する限り種々の態様をとることができる。
【００２３】たとえば、図１の配線用基板１に対して、図２に示すように、シリコン基板２の裏面に空冷用のフィン９を付けることができる。これによりバンプに接続したＩＣチップの放熱性を一層向上させることが可能となる。
【００２４】また、図１に示した配線用基板１においては、給電層４を絶縁層３を介してシリコン基板２上に形成し、バンプ８と接続させる信号層６を給電層４の上層に形成しているが、給電層４や配線層７の形成位置がこれに限られることはない。たとえば図３に示すように、バンプ８と接続させる信号層６をシリコン基板２の直ぐ上の絶縁層３上に、給電層４と同一の平面内に形成してもよい。これにより、バンプ８に接続するＩＣチップの放熱性を一層向上させることが可能となる。
【００２５】この配線用基板は、使用形態についても特に制限はなく、高周波回路にも対応できる。また、従来のような大規模な冷却装置を使用することなく高発熱量のＩＣチップを搭載できる。特に高発熱量のチップを搭載する場合には簡易な冷却装置と共に使用することが好ましい。
【００２６】例えば、図４に示したように、図１に示したような配線用基板１にＩＣチップ１０（５〜２０ｍｍ□）を搭載し、それを通常のプリント基板１１（１０ｃｍ□）に接続し、ファン１２を備えたコンピュータ装置１３に載置することができる。
【００２７】
【発明の効果】この発明の配線用基板よれば、高周波回路に対応でき、フリップチップによりＩＣチップを搭載した場合に優れた放熱性を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の配線用基板の実施例の断面図である。
【図２】この発明の配線用基板の他の態様の斜視図である。
【図３】この発明の配線用基板の他の態様の断面図である。
【図４】この発明の配線用基板の使用態様の説明図である。
【符号の説明】
１ 配線用基板
２ シリコン基板
３ 絶縁層
４ 給電層
５ 絶縁層
６ 信号層
７ 配線層
８ バンプ
９ フィン
１０ ＩＣチップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 シリコン基板上に複数の導電層からなる配線層を有し、かつフリップチップ用のバンプを有する配線用基板であって、該バンプが配線層の最内層の導電層に接続していることを特徴とする配線用基板。
【請求項１】 シリコン基板上に複数の導電層からなる配線層を有し、かつフリップチップ用のバンプを有する配線用基板であって、該バンプが配線層の最内層の導電層に接続していることを特徴とする配線用基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開平５−１０９８２３
【公開日】平成５年（１９９３）４月３０日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−２９３５７７
【出願日】平成３年（１９９１）１０月１４日
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【公開日】平成５年（１９９３）４月３０日
【国際特許分類】
【出願日】平成３年（１９９１）１０月１４日
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
[ Back to top ]