説明

金属コア基材を備える回路アセンブリおよびこの回路アセンブリを作製するためのプロセス

電子デバイスパッケージのための基材は、電子デバイスを収容するための空洞を定めるように形作られる電導性コア、上記コアの第一面上に位置決めされる第一絶縁層、および前記空洞内部の表面に隣接するように位置決めされる第一コンタクトを備える。上記基材を製作する方法もまた提供される。別の局面において、本発明は、導電性コアを提供する工程、上記コアを変形させて電子デバイスを収容するための空洞を定める工程、上記コアの第一面へ第一絶縁層を付着する工程、および上記空洞内部の表面に隣接するように第一コンタクトを形成する工程を包含する、電子デバイスパッケージのための基材を作製する方法を提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
(発明の分野)
本発明は、電子回路アセンブリ、より詳細には半導体デバイスを備える回路アセンブリ、およびその作製に関する。
【背景技術】
【0002】
(発明の背景)
超小型電子回路パッケージは様々なサイズで作製される。1つのパッケージ層(level)は、複数の超小型回路および/または他の構成部品を含む半導体チップを備える。そのようなチップは、通常半導体(例えば、ケイ素など)から作製される。多層基材を備える中間パッケージ層(すなわち、「チップキャリア(chip carrier)」)は複数のチップを備え得る。同様に、これらの中間パッケージ層は、大規模回路カード、マザーボードなどに装着され得る。中間パッケージ層は、構造支持、大規模ボードへのより小規模の回路の移行的集積化(transitional integration)、および回路部品からの熱の散逸を含む、回路アセンブリ全体におけるいくつかの目的に役立つ。従来の中間パッケージ層に使用される基材は、様々な物質、例えば、セラミックス、ガラス繊維強化ポリエポキシド、およびポリイミドを含んできた。
【0003】
上述の基材は、回路アセンブリに対する構造支持を提供するのに十分な剛性を提供する一方で、代表的には、基材に装着される超小型電子チップの熱膨張係数と大きく異なる熱膨張係数を有する。その結果として、アセンブリの層間の継手の破損に起因する、繰り返し使用後の回路アセンブリの破損が、リスクである。
【0004】
同様に、基材上で使用される誘電材料は、コンフォーマリティ(conformality)、耐炎性および共存可能な熱膨張特性を含む数個の必要条件を満たさなければならない。従来の誘電材料としては、例えば、ポリイミド、ポリエポキシド、フェノール樹脂およびフルオロカーボンが挙げられる。これらのポリマー誘電体は、代表的には隣接する層の熱膨張係数よりもはるかに高い熱膨張係数を有する。
【0005】
超小型電子製品を小さく作るためにこれまで尽くされてきた多くの努力により、パッケージ基材上のチップおよび他のデバイスにより占められる面積および厚さは、より小さくかつより薄くなってきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
先行技術の欠点を克服する改良された熱的特性および構造的特性を備える回路アセンブリを提供することが所望される。
【課題を解決するための手段】
【0007】
(発明の要旨)
第一の局面において、本発明は、電子デバイスを収容するための空洞を定めるように形作られる導電性コア、上記コアの第一面上に位置決めされる第一絶縁層、および上記空洞内部の表面に隣接するように位置決めされる第一コンタクトを備える電子デバイスパッケージのための基材を提供する。
【0008】
別の局面において、本発明は、導電性コアを提供する工程、上記コアを変形させて電子デバイスを収容するための空洞を定める工程、上記コアの第一面へ第一絶縁層を付着する工程、および上記空洞内部の表面に隣接するように第一コンタクトを形成する工程を包含する、電子デバイスパッケージのための基材を作製する方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】図1は、本発明の実施形態に従って組み立てられた回路アセンブリの平面図である。
【図2】図2は、線2−2に沿って切られた図1の回路アセンブリの断面図である。
【図3】図3は、線3−3に沿って切られた図1の回路アセンブリの断面図である。
【図4】図4は、本発明の実施形態に従って組み立てられた別の回路アセンブリの平面図である。
【図5】図5は、線5−5に沿って切られた図4の回路アセンブリの断面図である。
【図6】図6は、線6−6に沿って切られた図4の回路アセンブリの断面図である。
【図7】図7、8および9は、本発明のいくつかの実施形態に従って組み立てられた他の回路アセンブリの断面図である。
【図8】図7、8および9は、本発明のいくつかの実施形態に従って組み立てられた他の回路アセンブリの断面図である。
【図9】図7、8および9は、本発明のいくつかの実施形態に従って組み立てられた他の回路アセンブリの断面図である。
【図10】図10は、本発明の実施形態に従って組み立てられた基材の平面図である。
【図11】図11は、線11−11に沿って切られた図10の基材の断面図である。
【図12】図12は、本発明の別の局面に従う回路アセンブリの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
(発明の詳細な説明)
一つの局面において、本発明は基材上に取り付けられた半導体デバイスを備える回路アセンブリを提供し、ここで、上記基材は導電性コア、および上記導電性コアの第一面上に絶縁材料の第一層を備える。上記基材は、空洞を形成するように形作られ、上記半導体デバイスの少なくとも一部分が空洞内に位置決めされる。第一導体および第二導体が上記空洞内に設けられる。第一導体は上記コアに上記半導体デバイスの第一コンタクトを電気的に接続し、第二導体は、上記半導体デバイスの第二コンタクトに電気的に接続され、第二コンタクトから上記空洞の縁部へ伸長する。上記アセンブリは機械的に丈夫であり、上記半導体デバイスからの熱の効率的除去を提供する。
【0011】
図面を参照すると、図1は本発明の一実施形態に従って組み立てられた回路アセンブリ10の平面図であり、図2および図3は本発明の一実施形態に従って組み立てられた回路アセンブリ10の断面図である。上記回路アセンブリは、底16および側面18を有する空洞14を形成するように形作られるコア20を有する基材12を備え、側面18は底の外縁部から伸びる。絶縁材料の第一層22および第二層24は上記コアの反対の面(すなわち表面)上に位置決めされる。コア20は、単層構造であっても多層構造であってもよい。上記空洞は、半導体デバイス26(また、チップとしても言及される)を収容するように形作られる。一例では、上記半導体デバイスは、金属酸化物半導体電界効果トランジスター(MOSFET)である。導電性部材(すなわちコンタクト)28は、上記半導体デバイスの最上面30に隣接するように位置決めされ、かつ最上面30と電気的に接触している。導電性部材28の端32および端34は、上記基材上の導体36および導体38に電気的に接続される。導電性部材28の端32および端34と導体36および導体38との間の電気的接続は、はんだ接合40およびはんだ接合42を用いて実行され得る。同様に、導電性部材28は、はんだ接合44を用いて上記半導体デバイスの最上部に電気的に接続され得る。
【0012】
1つ以上の導電体またはコンタクト(接続パッドとしても言及される)は、上記空洞内の表面(例えば、底面または側壁面)に隣接するように位置決めされる。この例において、接続パッド46は絶縁材料の第一層22上に位置決めされ、上記半導体デバイス上のコンタクト48に電気的に接続される。パッド46はコンタクト48から上記空洞の縁部へ伸び、縁部を越える可能性もある。パッド46は、絶縁材料の第一層により上記コアから電気的に絶縁される。パッド46とコンタクト48との間の接続は、はんだ接合50を用いてなされ得る。一例では、上記コンタクトはMOSFETのゲートコンタクト(gate contact)であり得る。接続パッド46は、上記半導体デバイスへ別のデバイスまたは回路ボードを接続するための手段を提供する。
【0013】
1つ以上の開口部すなわちブラインドビア54は、絶縁材料の第一層22中に形成され得る。これらのビアは導電性材料56で満たされ得、上記基材のコアに上記半導体デバイス上のコンタクト58およびコンタクト60を電気的に接続する導体を形成し得る。上記導電性材料56は、はんだ接合62を用いてコンタクト58およびコンタクト60に接続され得る。一例では、コンタクト58およびコンタクト60はMOSFETのソースコンタクト(source contact)であり得る。開口部66は、上記コアへ電気的接続をするために使用され得るブラインドビアを作成するために絶縁コーティング中に設けられる。
【0014】
図1はMOSFETの形態の半導体デバイスを備える回路アセンブリを例示するが、本発明は、任意の特定のタイプの電子デバイスまたは回路に限定されないことが理解されるべきである。例えば、図1のMOSFETは別のタイプの電子デバイス、論理回路、電力増幅器などで代用され得る。
【0015】
上記空洞内部に上記電子デバイスを取り付けることにより、電気的接続および/または熱的接続が、上記基材の最上面64の面に強固に存在するコネクターを用いて上記半導体デバイスの最上部に対してなされ得る。加えて、熱的接続は、上記デバイスの最上面および底面の両方に対してなされ得、電気的接続は、上記デバイスの裏側に対してなされ得る。この構造はまた、埋め込み式相互接続性を提供する。信号伝播は、低損失の銅での接続により改良され得る。上記電子デバイスは、改良された減結合のための受動デバイスの近くに取り付けられ得る。上記アセンブリは、以前のアセンブリと比較して形態的要素が減少した:電気的トレース(trace)/電線間の距離が短くされ得る。
【0016】
さらに、コンパクトな構造は改良された熱的特性を提供し、上記半導体デバイスから熱を効率的に取り除く。上記デバイスを上記空洞内に位置決めすることにより、デバイスの裏側は上記パッケージの最上面上の接続パッドと同じ面であり得、それによって、単一のはんだ接合面を提供し、上記アセンブリの製造を容易にする。
【0017】
基材のコア層は、様々な材料、例えば、金属(例えば、未処理鋼もしくは亜鉛めっき鋼、アルミニウム、金、ニッケル、銅、マグネシウム、または上述金属のいずれかの合金であり得る)、および導電性炭素コーティングされた材料またはメタライズ(metalized)非導電性材料(例えば、スパッタリングされたセラミック(sputtered ceramic)またはコーティングされたプラスチック)のいずれかを含み得る。より詳細には、上記基材は、銅箔、ニッケル−鉄合金、およびこれらの組み合わせまたは複数の層から選択される金属コアを備え得る。上記基材はまた、上述の金属またはそれらの組み合わせのいずれかからなる多孔性基材であり得る。
【0018】
いくつかの実施形態において、上記基材は、ニッケル−鉄合金、例えば、約64重量%の鉄および36重量%のニッケルを含むINVAR(Imphy S.A.(168 Rue de Rivoli,Paris,France)により所有されている商標)を含む。この合金は低い熱膨張係数を有し、チップを調製するために使用されるケイ素材料の熱膨張係数と類似する。この特性は、保管中または通常使用中の熱サイクルに起因するチップ規模パッケージの連続的なより大規模の層またはより小規模の層の間での接着接合部の破損を防ぐ目的で所望される。ニッケル−鉄合金が上記導電性コアとして使用される場合、導電性を高めるために金属銅の層が導電性コアの全表面に付着され得る。上記金属銅の層は、従来の手段(例えば、電気めっきまたは金属蒸着)により付着され得る。銅の層は、代表的には1ミクロン〜10ミクロンの厚さを有し得る。
【0019】
図1、図2および図3の例において、半導体デバイスは、基材の空洞内に取り付けられたMOSFETである。MOSFETは、1つのゲートコンタクト、1つのドレインコンタクト(drain contact)および2つのソースコンタクトを備える。ゲートコンタクト48は、第一パッドすなわち導電体46に、例えばはんだ接合により電気的に接続され得る。ソースコンタクト58およびソースコンタクト60は、ビア54において導電性材料を通して上記コアへ、例えばはんだ接合により電気的に接続され得る。MOSFETの最上部上のドレインコンタクトは、導電性部材28に、例えばはんだ接合により電気的に接合され得る。
【0020】
図4は、底74および側面76(側面76は底の外縁部から伸びる)を有する空洞72を形成するように形作られたコア78を備える基材70の代替の実施形態の平面図であり、図5および図6はその断面図である。絶縁材料の第一層80および第二層82は、上記コアの反対側に位置決めされる。上記基材は、品目84、86、88および90として例示される複数の導電体またはコンタクトパッドを備え得る。上記コンタクトパッド(例えば88および90)は、絶縁材料の第一層の表面上に取り付けられ得るか、その第一層の中に埋め込まれ得るか、またはビアの中に存在し得、上記基材のコア層に電気的に接続されるコンタクトパッド(例えば84および86)を形成し得る。上記コンタクトパッドの配置は、上記空洞に少なくとも部分的に取り付けられる様々な半導体デバイスを収容するように選択され得る。図4の例において、パッド88およびパッド90は上記空洞の縁部へ伸び、空洞の縁部を越える可能性もある。パッド88およびパッド90は、空洞内に取り付けられたデバイスを別の回路に接続するための手段を提供する。絶縁体の最上層における開口部92および開口部94は、上記コアの一部を曝露し、上記コアに電気的に接続をするために使用される導電性材料を備え得るブラインドビアを形成する。1つ以上のビア96は、上記基材中に設けられ得る。そのようなビアは、上記コアを通って伸長し得、上記コアから、例えば、誘電材料100の層によって絶縁され得る。上記ビアが導電性材料で満たされ得るか、または1つ以上の導体が上記ビアを通り抜け得、上記コアの反対側に位置決めされた構成部品間または回路間に電気的接続を提供し得る。
【0021】
図7、図8および図9は、本発明の実施形態に従って組み立てられた他の回路アセンブリの断面図である。図7は、複数の電子デバイス104および106が基材110の空洞108内に位置する実施形態を例示する。さらに、上記基材は、導電性コア112、ならびに上記コアの反対側に位置決めされた絶縁体の第一層114および第二層116を備える。1つ以上の導体(例えば、導体118および導体120)は、上記コアから絶縁されており、上記空洞内に位置決めされ得、空洞の縁部へおよび縁部を越えて伸び得、上記空洞の外側の回路に上記電子デバイスを電気的に接続するための手段を提供し得る。そのような回路は、絶縁体の層114上に形成される導体を備え得る。1つ以上のスルービア(through via)122、および/または1つ以上のブラインドビア124は、上記空洞領域内の基材中に形成され得、電子デバイスと上記コアまたはコアの他の側面上の回路との間に電気的接続を提供し得る。導体126および導体128は、電子デバイス104および電子デバイス106の最上面へ電気的接続をするために設けられる。導体126および導体128は、電子デバイス104および電子デバイス106の最上面へ電気的接続をするために設けられる。
【0022】
図8は、さらなるコア層130および絶縁材料のさらなる層132が基材134の底面上に形成される実施形態を例示する。回路136は絶縁層132上に形成され得、1つ以上のビア138およびビア140が、コア130とコア142を互いに接続するためか、上記コアのうちの1つ以上に電子デバイスを接続するためか、または上記コアの反対側にある回路を接続するために必要に応じて設けられ得る。図8の実施形態において、電子デバイス144は、スルービア140によって層132上の回路136に接続される。さらなる導体146は、層148上の回路に上記電子デバイスを接続するために設けられ得る。
【0023】
図9は、さらなるコア層150およびさらなる絶縁層152が基材154の最上部上に形成される実施形態を例示する。回路156は絶縁層152上に形成され得、1つ以上のビア(例えば158および160)が様々な要素を互いに接続するために設けられ得る。例えば、コア154およびコア162が互いに接続され得るか、絶縁体の層上の回路が上記コアのうちの1つ以上に接続され得るか、上記電子デバイスが上記コアのうちの1つ以上に接続され得るか、またはコアの反対側の回路が互いに接続され得る。
【0024】
別の局面において、本発明は電子回路アセンブリを作製する方法を包含する。上記方法は、以下:(a)導電性コアを設ける工程;(b)上記コアを変形させ、半導体デバイスの少なくとも一部を収容するための空洞を形成する工程;(c)上記導電性コアの第一表面に誘電コーティングを付着させる工程;および(d)導電体を上記誘電コーティングの表面上、および上記誘電コーティングのビア中に形成する工程、を包含する。この例では、金属コアは最初に形成され、次いで、任意の必要な前処理、誘電コーティングの付着、スパッタリング、めっきによるパターン形成(plating patterning)などが続いて適用される。上記コアへの経路は、メタライゼーション(metallization)およびパターン形成の前または後に作成され得る。上記誘電コーティングはコンフォーマルコーティングであり得る。
【0025】
いくつかの実施形態において、誘電コーティングの付着前に、金属、例えば銅、の層が上記コアに付着し得、最適な導電性を確実にし得る。この金属の層、および後のメタライゼーション工程において付着する金属の層は、従来の手段(例えば、電気めっき、金属蒸着技術、または無電解めっき)によって付着し得る。上記金属の層は、代表的には1ミクロン〜20ミクロン、好ましくは5ミクロン〜10ミクロンの厚さを有し得る。
【0026】
導体またはコンタクトは、化学的アブレーション、機械的アブレーションもしくはレーザーアブレーションにより、または選択された領域でのコーティングの付着を防ぐためのマスキング技術を利用することにより、さもなければ、導電性コアの部分を暴露するために所定のパターンで誘電コーティングの一部を取り除き、導体およびコンタクトを形成するために誘電コーティングの一部に金属の層を付着させることにより、形成され得る。上記誘電コーティング層のうちの少なくとも1つのメタライゼーションはまた、上記誘電コーティング層の表面に隣接するコンタクトおよび導体を形成するために使用され得る。
【0027】
複数の空洞は、コア材料の単一の大シートに形成され得る。図10は、空洞172および空洞174を含むコア材料のシート170の平面図である。図11は、線11−11に沿って切られた図10の基材の断面図である。複数のスロットまたは開口部、例えば176、178、180、182は、上記空洞を形成するシートの一部に隣接して形成される。上記空洞は、スタンピングにより、さもなければ上記基材の一部を機械的に変形させるか、または除去することにより形成され得る。上記空洞はまた、公知のケミカルミーリング技術を用いて形成され得る。あるいは、上記空洞は、所望される位置で上記コアを選択的にエッチングすることにより形成され得る。別の例では、これらの変形技術の任意の組み合わせが使用され得る。上記スロットは、形成プロセス/パンチングプロセスを助ける。上記スロットはまた、シート184の使い捨て部分を定める。上記コアの空洞は、タブ、例えば186、188、190および192のそばの上記使い捨て部分に接続される。これらのタブは、上記使い捨て部分から上記コアの空洞を取り除くために破壊されるか、切断され得る。
【0028】
いくつかの実施形態において、上記導電性コアは約20ミクロン〜400ミクロン、より具体的には150ミクロン〜250ミクロンの厚さを有し得る。上記コアは複数の穴を備え得る。上記穴は一定のサイズおよび形状を有し得る。上記穴が円形である場合、穴の直径は、約8ミル(203.2ミクロン)であり得る。上記穴は必要に応じてより大きくてもより小さくてもよい、ただし、上記穴が、遮られるようになること無く、本発明のプロセスにおいて付着する全ての層を収容するほどに十分に大きいという条件付きである。
【0029】
誘電コーティングは上記コアの曝露された表面に付着し得、その表面上にコンフォーマルコーティングを形成し得る。本明細書中で使用される場合、「コンフォーマル」膜または「コンフォーマル」コーティングは、実質的に均一な厚みを有する膜またはコーティングを指し、この膜またはコーティングは、上記コアの穴の内部(しかし、好ましくは、塞いでいない)の表面を含むコアのトポグラフィーと一致する。上記誘電コーティングの膜厚は、例えば、5ミクロンと50ミクロンとの間であり得る。より薄い膜厚は種々の理由で所望される。例えば、薄い膜厚を有する誘電コーティングは、より小規模の回路を可能にする。
【0030】
本発明のプロセスにおいて使用される誘電コーティングは、例えば、浸漬コーティング、蒸着、電着および自動泳動(autophoresis)を含む任意の適したコンフォーマルコーティング法により付着し得る。蒸着による付着する誘電コーティングの例としては、ポリ−(パラ−キシリレン)(置換および非置換ポリ−(パラ−キシリレン)の両方を含む);シルセスキオキサン(silsesquioxane);およびポリ−ベンゾシクロブテンが挙げられる。電着により付着する誘電コーティングの例としては、アノードおよびカソードでのアクリル、エポキシ、ポリエステル、ポリウレタン、ポリイミドまたは含油樹脂性組成物が挙げられる。
【0031】
誘電コーティングはまた、任意の電着可能な感光性組成物の電着により形成され得る。例えば、上記誘電コーティングは、水性媒体中に分散する樹脂相を含む電着可能コーティング組成物の電着により上記コアに付着し、ここで、上記樹脂相は、樹脂相中に存在する樹脂固形物の全重量を基として少なくとも1重量%の共有結合したハロゲン成分を有する。電着可能な誘電コーティング組成物およびこれに関連する方法の例は、米国特許第6,713,587号に記載されており、この米国特許は本明細書により参考として援用される。
【0032】
上記電着可能コーティング組成物は、導電性基材(または、メタライゼーションによって導電性にされるように導電性にされた基材)に電気泳動で付着し得る。電着のための印加電圧は変えられてもよく、例えば、1ボルトのような低電圧から数千ボルトのような高電圧までであり得るが、代表的には50ボルトと500ボルトとの間であり得る。電流密度は、0.5アンペア/平方フィートと5アンペア/平方フィートとの間(0.5ミリアンペア/平方センチメートル〜5ミリアンペア/平方センチメートル)であり得、電着の間に減少する傾向があり、このことは上記基材の曝露されている全表面上でのコンフォーマル膜の形成を示している。
【0033】
上記コーティングが電着により付着した後、コーティングは硬化され得、通常は、1分間〜40分間、90℃〜300℃の範囲の高温にて熱で硬化され得、上記コアの暴露されている全表面上に絶縁コンフォーマル誘電コーティングを形成し得る。
【0034】
絶縁層はまた、自動泳動(化学泳動(chemiphoresis)としてもまた言及される)を用いて付着し得る。一般的に、自動泳動は、浸漬タンク中の酸性水性コーティング組成物から金属表面上に有機コーティングを堆積させるためのコーティングプロセスである。上記プロセスは、上記水性組成物の低pHに起因する基材表面からの金属イオンの制御された放出を包含し、それによりコーティングされる基材のすぐ近傍の水中で分散しているポリマーを不安定化させる。このことが、ポリマー粒子の凝固、および凝固したポリマーの上記基材表面への堆積をもたらす。コーティングの厚さが増すにつれ、堆積は遅くなり、全体の均一なコーティング厚をもたらす。
【0035】
上記誘電コーティングの付着後、誘電コーティングは、1つ以上の所定の位置で除去され得、上記基材表面の1つ以上の部分を曝露し得る。上記誘電コーティングは様々な方法、例えば、アブレーション技術により除去され得る。そのようなアブレーションは、代表的にはレーザーを用いてまたは他の従来技術、例えば、機械的穿孔および化学的エッチング技術もしくはプラズマエッチング技術により実施される。
【0036】
絶縁層上の回路は、メタライゼーションプロセスを用いて形成され得る。メタライゼーションは、代表的には全表面へ金属層を付着させるように実行され、上記基材を通るメタライズビア(metallized via)(すなわち、スルービア)、および/または上記コアへの(しかし、上記コアを通るのではない)ビア(すなわち、ブラインドビア)の形成を可能にする。このメタライゼーション工程で付着させる金属は、任意の上述した金属または合金であり得るが、ただし、上述した金属または合金が十分な導電特性を有するという条件付きである。代表的には、上記メタライゼーション工程で付着させる金属は、銅である。上記金属は従来の電気めっき、シード(seed)電気めっき、金属蒸着、または上記のような均一な金属層を提供する任意の他の方法により付着し得る。上記金属層の厚さは、代表的には約5ミクロン〜50ミクロンである。
【0037】
メタライゼーション工程の前に誘電コーティングへの金属層の付着を高めるために、全表面はイオンビーム、電子ビーム、コロナ放電またはプラズマ衝撃(bombardment)で処理され得、その後に全表面へ付着促進層を付着させ得る。上記付着促進層は、50オングストローム〜5000オングストロームの範囲の厚さを有し得、代表的には、クロム、チタン、ニッケル、コバルト、セシウム、鉄、アルミニウム、銅、金、タングステンおよび亜鉛、ならびにこれらの合金および酸化物から選択される金属または金属酸化物である。
【0038】
また、誘電コーティングの付着前に、上記コア表面は前処理されてもよく、さもなければ、上記誘電材料の付着のために準備されてもよい。例えば、上記誘電体の付着前の洗浄、すすぎ、および/または付着促進体を用いる処理が適切であり得る。
【0039】
メタライゼーション後、感光層(「フォトレジスト」組成物または「絶縁塗料」組成物から形成される)が金属層に付着し得る。必要に応じて、感光層の付着前に、メタライズ基材は洗浄され得、前処理され得る;例えば、酸化された金属を除去するために酸腐食液で処理される。上記感光層は、ポジ型(positive)感光性層またはネガ型(negative)感光層であり得る。上記感光層は、代表的には約2ミクロン〜50ミクロンの厚さを有し、フォトリソグラフィー処理技術における当業者に対して公知の任意の方法により付着し得る。アディティブ処理法またはサブトラクティブ処理法が、所望される回路パターンを作製するために使用され得る。
【0040】
適したポジ型で作用する(positive−acting)感光性樹脂としては、当業者に公知の任意のものが挙げられる。例としては、ジニトロ−ベンジル官能性ポリマーが挙げられる。そのような樹脂は、高い感光性を有する。一例では、樹脂製感光層は、ジニトロ−ベンジル官能性ポリマーを含む組成物であり得、代表的にはスプレーにより付着させる。ニトロベンジル官能性ポリマーもまた適する。
【0041】
上記感光層はまた、ジニトロベンジル官能性ポリウレタンおよびエポキシ−アミンポリマーを含む電着可能組成物であり得る。
【0042】
ネガ型で作用する(negative−acting)フォトレジストとしては、液体組成物または乾燥膜型組成物が挙げられる。液体組成物は、ロール塗り技術、カーテン塗り、または電着により付着する。好ましくは、液体フォトレジストは電着によって、より好ましくはカチオン電着によって付着する。電着可能組成物は、イオン性ポリマー材料を含み、このイオン性ポリマー材料は、カチオン性であってもアニオン性であってもよく、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル、およびポリエポキシドから選択され得る。
【0043】
上記感光層が付着した後、所望されるパターンを有するフォトマスクが上記感光性層上に配置され得、層状基材は、十分なレベルの適した化学線源に曝露され得る。本明細書中で使用される場合、用語「十分なレベルの適した化学線」は、ネガ型で作用する絶縁塗料の場合には放射線に曝露される領域でモノマーをポリマー化させるか、またはポジ型で作用する絶縁塗料の場合にはポリマーをモノマーに分解する、もしくはポリマーをより溶解性にするレベルの放射線を指す。このことは、放射線に暴露された領域と放射線が遮蔽された領域との間に溶解性の差をもたらす。
【0044】
上記フォトマスクは放射線源への曝露後除去され得、層状基材は従来の現像液を用いて現像され、感光層のより溶解性の高い部分を除去し、下にある金属層の選択された領域をあらわにする。この工程の間にあらわにされた金属は、次いで、上記金属を水溶性の金属錯体へ変換する金属腐食剤を用いてエッチングされ得る。水溶性錯体は水の吹き付けにより除去され得る。
【0045】
感光層はエッチング工程の間、その下にある任意の金属を保護する。上記腐食剤に対して不浸透性である残存した感光層は、次いで、化学的ストリッピングプロセスにより除去され得、上記のように形成されたメタライズビアにより接続された回路パターンを提供する。
【0046】
本発明の任意のプロセスは本発明の範囲から逸脱することなく1つ以上のさらなる工程を含み得ることが理解されるべきである。同様に、工程が実施される順番は、本発明の範囲から逸脱することなく必要に応じて変えられ得る。
【0047】
上記基材上の回路パターンの作製後、1つ以上の他の回路部品は1つ以上のその後の工程において付着し得、回路アセンブリを形成する。さらなる構成部分としては、上記の任意のプロセスにより作製される1つ以上の多層回路アセンブリ、より小規模の構成部分(例えば、半導体チップ)、挿入層(interposer layer)、大規模回路カードまたはマザーボード、および能動素子または受動素子が挙げられ得る。構成部分は、従来の接着剤、表面実装技術、ワイヤーボンディングまたはフリップチップ技術を用いて付着し得る。
【0048】
図は、基材の単一の側面における1つ以上の空洞を示すが、空洞は基材の一面または両面上に形成され得ることが理解されるべきである。上記の処理は、所望される回路、ならびに上記チップおよび/または他の構成部分をパッケージへ、最終的にはチップパッケージを支持し得る回路ボードへ接続するための電気的接続を作成するために使用される。一例では、チップは上記基材の表面上で回路へワイヤーで結合され得る。
【0049】
別の例では、チップは空洞内部で回路へフリップチップ接続され得る。この場合、導電体により、上記基材の表面から空洞の底面まで空洞の側壁に沿って経路が定められ得、そして/または、チップは、上記基材の反対側への電気的接続を提供するビアを用いて上記基材の底面上で回路へ接続され得る。
【0050】
上記チップは、誘電材料を用いてカプセル化され得、次いで、回路の溝を作製して経路とし得、導体は、パッケージ上の回路をチップ上の回路へ接続するように溝の中に形成され得る。これらのチップは、次いでメタライズされ得、電気的接続が完成され得る。上記チップはまた、回路ボードへ直接フリップチップで付着し得る。また、上記接続技術の任意の組み合わせが使用され得る。
【0051】
本説明中で使用される場合、別途指示されない場合、数値パラメータは、本発明により得られる所望される特性に応じて変わり得る近似値である。したがって、それぞれの数値パラメータは少なくとも、報告される有効桁数を考慮し、そして、通常の丸めの手法を使用すること、または代表的な製造許容差に注意することにより解釈されるべきである。
【0052】
また、本明細書中で挙げられるいずれの数値範囲も、その中に組み込まれる全ての下位範囲を包含することを意図されていることが理解されるべきである。例えば、「1〜10」という範囲は、挙げられた最小値1と挙げられた最大値10の間(1と10を含む)の全ての下位範囲、すなわち、1以上の最小値と10以下の最大値を有する全ての下位範囲を含むことが意図されている。
【0053】
本発明のアセンブリは、半導体デバイスに対する物理的保護および電気的保護の両方を提供し、上記デバイスを物理的損傷または電気的損傷から保護する。上記例は均一なコア厚を有する基材における空洞を示すが、コアの厚さが均一である必要はない。図12は、底面206および側面208(側面208は底の外縁部から伸びる)を有する空洞204を形成するように形作られたコア202を備える基材200の代替の実施形態の断面図である。絶縁材料の第一層210および第二層212は上記コアの反対の面上に位置決めされる。上記基材は、品目214、216、218および220として例示される複数の導電体またはコンタクトパッドを備え得る。上記コンタクトパッド(例えば214および220)は、絶縁材料の第一層の表面上に取り付けられ得るか、その第一層の中に埋め込まれ得るか、またはビアの中に存在し得、上記基材のコア層に電気的に接続されるコンタクトパッド(例えば216および218)を形成し得る。上記コンタクトパッドの配置は、上記空洞に少なくとも部分的に取り付けられる様々な半導体デバイスを収容するように選択され得る。図12の例では、パッド214およびパッド220は上記空洞の縁部へ伸びており、上記空洞の縁部を越える可能性もある。パッド214およびパッド220は、上記空洞に取り付けられたデバイスを別の回路に接続するための手段を提供する。開口部は絶縁体の最上層に備えられ得、上記コアの一部を曝露するブラインドビアを形成し得、上記コアへ電気的接続をするために使用される導電性材料を備え得る(例えば、216および218)。1つ以上のビア222は、上記基材中に設けられ得る。そのようなビアは、上記コアを通って伸長し得、上記コアから、例えば、誘電材料224の層によって絶縁され得る。上記ビアが導電性材料で満たされ得るか、または1つ以上の導体が上記ビアを通り抜け得、上記コアの反対側に位置決めされた構成部品間または回路間に電気的接続を提供し得る。本発明の回路アセンブリは、MOSFETを支持するために使用される場合、形態的要素の小さいパッケージ中のケイ素の裏側(ドレイン)への低抵抗の電気経路を提供する。上記アセンブリは、ケイ素チップの能動面(active side)(ソース)を上記空洞の底面へ接続し、容器の外延部の外へゲートを配線することを可能にする。本発明のアセンブリはまた、半導体デバイスの両面冷却を容易にする。熱的経路は、上記基材へはんだ接合されたケイ素の裏側を用いて改良される。
【0054】
本発明は数個の例に関して記載されてきたが、添付の特許請求の範囲示される本発明の範囲から逸脱すること無く、様々な変更が記載された例になされ得ることは当業者には明らかである。
【符号の説明】
【0055】
10 回路アセンブリ
12、70、110、134、154 基材
14、72、108、172、174、204 空洞
16、74、206 底
18、76、208 側面
20、78、112、130、142、154、162、202 コア
22、80、210 絶縁材料の第一層
24、82、212 絶縁材料の第二層
26 半導体デバイス、チップ
28 導電性部材
32、34 端
36、38、118、120、126、128、146 導体
40、42、44、50、62 はんだ接合
46、84、86、88、90、214、216、218、220 導電体
48、58、60 コンタクト
54、124 ブラインドビア
56 導電性材料
58、60 ソースコンタクト
64 基材の最上面
66、92、94、176、178、180、182 開口部
100、224 誘電材料
104、106、144 電子デバイス
114 絶縁体の第一層
116 絶縁体の第二層
122、140 スルービア
132、152 絶縁層
136 回路
138、140、158、160、222 ビア
148 層
150 コア層
170、184 シート
186、188、190、192 タブ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子デバイスパッケージのための基材であって、以下:
電子デバイスを収容するための空洞を定めるように形作られる導電性コア;
該コアの第一面上の第一絶縁層;および
該空洞中で表面に隣接するように位置決めされる第一コンタクト
を備える基材。
【請求項2】
前記第一コンタクトが前記空洞内部の第一絶縁層上に位置決めされる、請求項1に記載の基材。
【請求項3】
前記第一コンタクトが前記導電性コアに電気的に接続される、請求項1に記載の基材。
【請求項4】
前記導電性コアが、未処理鋼もしくは亜鉛めっき鋼、アルミニウム、金、ニッケル、銅、マグネシウム、または前述金属のいずれかの合金のうちの1つ以上を含む、請求項1に記載の基材。
【請求項5】
前記導電性コアがメタライズ非導電性材料を含む、請求項1に記載の基材。
【請求項6】
前記コアの第二面上に第二絶縁層をさらに備え、前記第一絶縁層および第二絶縁層が前記導電性コアをコンフォーマルコーティングする、請求項1に記載の基材。
【請求項7】
前記第一絶縁層および第二絶縁層が電着によって前記導電性コアに付着する、請求項6に記載の基材。
【請求項8】
前記第一層および第二層のうちの1つに隣接するように位置決めされる第二コアをさらに備える、請求項6に記載の基材。
【請求項9】
前記コア中に開口部をさらに備える、請求項1に記載の基材。
【請求項10】
前記第一絶縁層上に位置決めされる回路層をさらに備える、請求項1に記載の基材。
【請求項11】
前記第一コンタクトに電気的に接続され、かつ前記空洞の外側の地点に伸びている第一導体をさらに備える、請求項1に記載の基材。
【請求項12】
前記第一コンタクトと前記コアとを電気的に接続するビアをさらに備える、請求項1に記載の基材。
【請求項13】
電子デバイスパッケージのための基材を作製するための方法であって、以下:
導電性コアを提供する工程;
該コアを変形させ、電子デバイスを収容するための空洞を定める工程;
該コアの第一面に第一絶縁層を付着させる工程;および
該空洞内部の表面に隣接するように第一コンタクトを形成する工程
を包含する方法。
【請求項14】
前記第一コンタクトが前記空洞内部の第一絶縁層上に位置決めされる、請求項13に記載の方法。
【請求項15】
前記第一コンタクトが前記導電性コアに電気的に接続される、請求項13に記載の方法。
【請求項16】
前記導電性コアが未処理鋼もしくは亜鉛めっき鋼、アルミニウム、金、ニッケル、銅、マグネシウム、または前述金属のいずれかの合金のうちの1つ以上を含む、請求項13に記載の方法。
【請求項17】
前記導電性コアがメタライズ非電導性材料を含む、請求項13に記載の方法。
【請求項18】
前記コアの第二面に第二絶縁層を付着させる工程をさらに包含し、前記第一絶縁層および第二絶縁層が前記導電性コアをコンフォーマルコーティングする、請求項13に記載の方法。
【請求項19】
前記第一絶縁層および第二絶縁層が電着によって前記導電性コアに付着する、請求項18に記載の方法。
【請求項20】
前記コアがシートの一部であり、
前記方法が、以下:
該コアの外縁部に隣接するシートにスロットを形成する工程;および
該シートから該コアを隔離する工程
をさらに包含する、請求項13に記載の方法。
【請求項21】
前記コアが1つ以上のスタンピングプロセス、ミーリングプロセス、およびエッチングプロセスを用いて変形される、請求項13に記載の方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【公表番号】特表2010−529694(P2010−529694A)
【公表日】平成22年8月26日(2010.8.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−512239(P2010−512239)
【出願日】平成20年5月19日(2008.5.19)
【国際出願番号】PCT/US2008/064083
【国際公開番号】WO2008/154124
【国際公開日】平成20年12月18日(2008.12.18)
【出願人】(599087017)ピーピージー インダストリーズ オハイオ, インコーポレイテッド (267)
【Fターム(参考)】