DE2443287C3 - Verfahren zum Herstellen einer Multichip-Verdrahtung - Google Patents

Description

uie Erfindung bciriffi ein Verfahren zum Hersteller! iner Multichip-Verdrahtung, die aus einem Keramikäger mit durchkontaktierten Löchern einer Dünnfilmerdrahtung auf einer Seite des Keramikträgers und iner mehrlagigen Dickschichtverdrahtung auf der anderen Seite des Keramikträgers besteht, wobei zunächst die Löcher in den Keramikträger eingebracht

werden.

Ein derartiges Verfahren ist bereits aus »Solid State Technology«, Mai 1971, Seiten 38 bis 42 bekannt. Hierbei wird ein mit Hilfe von Laserstrahlen vorgebohrter Keramikträger zunächst auf einer Seite mit einer mehrlagigen Dickschichtverdrahtung versehen. Anschließend wird die gegenüberliegende Seite des Keramikträgers metallisiert und die Dünnfilmverdrahtung mit Anschlußflächen für Halbleiterbausteine durch Photoätzen hergestellt. Im letzten Verfahrensschritt werden dann Durchkontaktierungen erzeugt, indem die Wandungen der Bohrungen zunächst stromlos metallisiert und anschließend galvanisch verstärkt werden. Die Bohrungen im Ke.amiksubstrat müssen durch die ganze Dickschichtverdrahtung hindurch weitergeführt werden, damit sie nachträglich zur Erzeugung der Durchkontaktierungen metallisiert werden können. Hierdurch ergibt sich bei der angestrebten Packungsdichte ein Flächenverlust von ca. 30 bis 40%. Außerdem wird das Raster der Dickschichtverdrahtung durch die Bohrungen so stark gestört, daß unter Umständen eine Lagenanzahl benötigt wird, deren Herstellung mit einer ausreichenden Ausbeute beim heutigen Stand der Dickschichttechnik gar nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren so zu verbessern, daß die Herstellung von Multichip-Verdrahtungen extrem hoher Packungsdichte mit einer hohen Ausbeute ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Wandungen der Löcher und die Randzonen der Löcher auf der einen Seite des Kerarnikträgers metallisiert und galvanisch verstärkt werden, die Löcher auf der anderen Seite des Keramikträgers durch Einfüllen und Einbrennen einer Dickschichtpaste verschlossen werden und daß dann die mehrlagige Dickschichtverdrahtung und die Dünnfilmverdrahtung nacheinander hergestellt werden.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere darin zu sehen, daß die als erstes hergestellten und dann einseitig verschlossenen Durchkontaktierungen keine Verdrahtungsfläche beanspruchen, so daß eine mehrlagige Dickschichtverdrahtung unter Ausnutzung der maximal möglichen Packungsdichte realisiert werden kann. Weitere Flächenersparnisse werden durch die daraus resultierende einfache Rasterung der mehrlagigen Dickschichtverdrahtung erzielt, die die Layouterstellung wesentlich vereinfacht Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die empfindliche Dünnfilmverdrahtung mit ihren Anschlußflächen für Halbleiterbausteine erst im letzten Verfahrensschritt hergestellt wird. Eine Beschädigung irr Verlauf weiterer Verfahrensschritte wird somit vermie den, d. h. es wird eine wesentliche Vereinfachung dei mikropräparativen Arbeiten erzielt und eine höh« Ausbeute gewährleistet.

Vorzugsweise wird zur Metallisierung der Wandun gen und der Randzonen der Löcher auf beide Seiten de: Keramikträgers und auf die Wandungen der Loche eine Haftschicht und darüber eine Ankontaktierschich aufgedampft oder aufgestäubt, die Ankontaktierschich im Bereich der Wandungen und der Randzonen de Löcher galvanisch verstärkt und dann die nich verstärkten Bereiche der Haftschicht und der Ankon taktierschicht abgeätzt. Vorteilhaft wird hierbei du

laftschicht aus Titan, die Ankontaktierschicht aus Gold nd die galvanische Verstärkung ebenfalls aus Gold r bildet. Dadurch, daß die Haftschicht und die Lkontaktierschicht aufgedampft oder aufgestäubt

erden, wird in den durchkon!:>ktierten Löchern eine 5 wesentlich bessere Haftfestigkeit der Metallisierung erreicht, als mit stromlos abgeschiedenen Schichten. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des ι rfindungsmäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ur Herstellung der Dünnfilmverdrahtung auf die eine ₁₀ Seite des Keramikträgers eine Grundschicht und darüber eine Kontaktierschichl aufgedampft oder aufgestäubt werden, die Dünnfilm-Verdrahtungsstruktur durch galvanische Abscheidung einer Leitschicht, einer Zwischenschicht und einer lotabweisenden _!5 Schicht gebildet wird, wobei sämtliche Anschlußflächen hei der Abscheidung der lotabweisenden Schicht -,beedeckt sind, daß die freiliege-.den Bereiche der Γ randschicht _und der Kontaktierschicht abgeätzt werden und daß dann die Anschlußflächen durch ₂₀ selektive stromlose Metallabscheidung mit einer lötfähigen Kontaktschicht bedeckt werden. Vorteilhaft wird hierbei die Grundschicht aus Titan, die Kontaküerschicht aus Kupfer, die Leitschicht aus Kupfer, die Zwischenschicht aus Nickel, die lotabweisende Schicht ₂₅ mis Chrom und die lötfähige Kontaktschicht aus Gold gebildet Die in dieser Weise hergestellte Dünnfilmverdrahtung besitzt also Leiterbahnen mit einer lotabweisenden Schicht an der Oberfläche und Anschlußflachen mit einer lötfähigen Kontaktschicht an der Oberfläche. 30 Somit können die Anschlußflächen im Schwall- oder Tauchbad selektiv mit Lot belegt werden, ohne daß eine Kurzschlußgefahr durch die Bildung von Lotbrücken

/wischen den Leiterbahnen entsteht. Die Anschlußflächen zeichnen sich Leiterbahnebenen

Abmessungen aus, so daß sich auf ihnen im Schwalloder Tauchbad kuppenförmige Lotauflagen gleiche Höhe ausbilden. Dadurch wird eine sichere und zuverlässige Flip-Chip-Kontaktierung der anzulötenden Halb e terbausteine gewährleistet. Die Zwischenschicht hat eine Funktion als Diffusionssperre und bewirkt somit eine erhöhte Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb.

Wn folgenden wird ein Ausführungsbe.sp.el des er indungsgemäßen Verfahrens an Hand der Zeichnung näher eriäutert. Sämtliche Figuren stellen Schn.ttb.lder

^daF i 2 1 zeigt einen Keramikträger 1, auf dessen oberer Seite 2 eine Dünnfilmverdrahtung und auf dessen unterer Seite 3 eine Dickschichtverdrahtung hergestell werden soll. In diesen Keramikträger 1 werden zunächst Tn den für Durchkontaktierungen vorgesehenen Stellen Löcher 4 eingebracht. Das Einbringen der Locher 4 d.e äen Durchmesser von ca. 200 μ,η aufweisen, erfolgt mit Hilfe von Laserstrahlen

ät« ä

ls durch beidseitige Schrägbedampruns ,m

ig 3 werden anschließend auf die obere

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Löcher 4 wird die Photoresistschicht 7 wieder entfernt. Hierzu wird zunächst eine entsprechende Kontaktmaske aufgelegt, die Randzonen belichtet und dann entwickelt, so daß um die Löcher 4 unbedeckte quadratische Randzonen mit ca. 300 μπι Seitenlänge entstehen. Auf diese Randzonen und auf die Wandungen der Löcher 4 wird dann eine ca. 10 μίτι dicke Goldschicht 9 aufgebracht. Das Aufbringen der Goldschicht 9 erfolgt galvanisch in einem Goldbad, wobei die Ankontaktierschicht 6 als Kathode geschaltet

Fig. 4 zeigt den Keramikträger 1 nach dem Entfernen der Photoresistschicht 7 und 8 und dem Abätzen der nicht galvanisch verstärkten Bereiche der Haftschicht 5 und der Ankontaktierschicht 6. Das Abätzen erfolgt durch Eintauchen des Keramikträgers 1 in zwei verschiedene Ätzlösungen.

Gemäß F i g. 5 werden anschließend die Löcher 4 auf der unteren Seite 3 des Keramikträgers ' mit einer Gold-Dickschichtpaste 10 verschlossen. Das Einfüllen der Gold-Dickschichtpaste 10 in die Löcher 4 erfolgt durch Bedrucken mit Hilfe einer entsprechenden Siebdruckschablone. Anschließend wird die Gold-Dickschichtpaste 10 in einem Ofen, dessen Temperatur 1000⁰C nicht übersteigt, eingebrannt.

Fig. 6 zeigt den Keramikträger 1 nach der Herstellung einer Dickschichtschaltung auf seiner unteren Seite 3. Hierzu wird zunächst auf die untere Seite 3 eine Siebdruckisolationsebene 11 aufgebracht, die an den einseitig geschlossenen Löchern 4 quadratische Durchkontaktierungsfenster mit ca. 150μηι Seitenlänge offenläßt. Auf der Siebdruckisolationsebene 11 wird dann in bekannter Weise eine mehrlagige Dickschichtverdrahtung erzeugt, indem abwechselnd Leiterbahnebenen 12,13 und 14 und Isolationsebenen 15,16 und 17 übereinander aufgedruckt und eingebrannt werden. Erfolgt die Weiterverdrahtung der Multichip-Verdrahtung über die Dickschichtverdrahtung, so können nach dem Einbrennen Metallstifte aufgelötet werden, welche die erforderlichen Verbindungen zu einer externen Verdrahtung herstellen. Es ist jedoch auch möglich, die Weiterverdrahtung über entsprechende Außenanschlüsse der Dünnfilmverdrahtung vorzunehmen.

Gemäß F i g. 7 wird anschließend auf die obere Seite 2 des Keramikträgers t eine ca. 0,05 μπι dicke Grundschicht 18 aus Titan und darüber eine ca. 0,05 μηι dicke Kontaktierschicht 19 aus Kupfer aufgedampft. Das Aufdampfen erfolgt wieder durch Schrägbedampfung im Vakuum mit rotierendem Keramikträgei 1, so daß die Grundschicht 18 und die Kontaktierschicht 19 auch auf die Wandungen der Löcher 4 aufgebracht werden. Die Verwendung der Haftschicht 5 und der Ankontaktierschicht 6 anstelle der Grundschicht 18 und der Kontaktierschicht 19 ist nicht möglich, da beide Schichten beim Einbrennen der Gold-Dickschichtpaste 10 ineinander diffundieren und danach nicht mehl abgeätzt werden können. Wie es in F i g. 8 dargestellt ist wird anschließend auf die obere Seite 2 des Keramikträ gers 1 eine Photolackschicht 20 aufgebracht, durch eim entsprechende Kontaktmaske belichtet und entwickel so daß ein Negativbild der Dünnfilm-Verdrahtungs struktur entsteht. Auf die von der Photolackschicht 2 nicht bedtckten Bereiche wird dann eine ca. 10 μιη dick Leitschicht 21 aus Kupfer und eine darüberliegende c S μίτι dicke Zwischenschicht 22 aus Nickel galvanise abgeschieden. Bei der Abscheidung im Kupfer- bz> Nickelbad ist die Kontaktierschicht 19 jeweils a Kathode geschaltet.

Nach Entfernung der Photolackschicht 20 wird gemäß F i g. 9 auf die obere Seite 2 des Keramikträgers 1 eine Photolackschicht 23 aufgebracht. Diese Photolackschicht 23 wird über eine entsprechende Kontaktmaske belichtet und entwickelt, so daß bis auf die späteren Anschlußflächen die gesamte Dünnfilm-Verdrahtungsstruktur nicht abgedeckt ist. Die gegenüber der Photolackschicht 20 zusätzlich abgedeckten Bereiche der späteren Anschlußflächen sind kreisförmig mit einem Durchmesser von ca. 150 μίτι. Auf die übrigen Bereiche der Dünnfilm-Verdrahtungsstruktur wird dann eine ca. 0,5 μΐη dicke lotabweisende Schicht 24 aus Chrom galvanisch abgeschieden.

Gemäß Fig. 10 wird anschließend die Photolackschicht 23 entfernt und die Grundschicht 18 und die Kontaktierschicht 19 in den Bereichen, die nicht der Dünnfilm-Verdrahtungsstruktur entsprechen, durch Tauchen in zwei verschiedene Ätzlösungen abgetragen.

Darauf werden die nicht verchromten Oberflächen der Anschlußflächen und die Flanken der Dünnfilm-Verdrahtungsstruktur mit einer ca. 0,2 μιτι dicken Kontaktschicht 25 bzw. Korrosionsschutzschicht 26 aus Gold belegt. Das selektive Aufbringen der Kontaktschicht 25 und der Korrosionsschutzschicht 26 erfolgt in einem nach dem lonenaustausehprinzip arbeitenden stromlosen Goldbad. Durch Tauchen in ein Lotbad werden dann die Kontaktschichten 25 der Anschlußflächen mit einer

■o Lotauflage belegt. Die verchromten Verdrahtungsoberflächen und Durchkontaktierungswandungen nehmen dabei kein Lot an. Die so erzeugte Lotauflage ist kuppenförmig ausgebildet und weist eine Höhe von 28 bis 32 μπι auf. Mit dieser geringen Höhentoleranz der

'5 Lotauflagen bereitet das Anlöten von Halbleiterbausteinen 27 keine Schwierigkeiten, so daß zuverlässige Flip-Chip-Verbindungen 28 entstehen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Muitichip-Verdrahtung, die aus einem Keramikträger mi rchkontaktierten Löchern, einer Dünnfilmverii ahtung auf einer Seite des Keramikträgers und einer mehrlagigen Dickschichtverdrahtung auf der anderen Seite des Keramikträgers besteht, wobei zunächst die Löcher in den Keramikträger einge- _!0 bracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen der Löcher (4) und die Randzonen der Löcher (4) auf der einen Seite (2) des Keramikträgers (1) metallisiert und galvanisch verstärkt werden, die Löcher (4) auf der anderen Seite (3) des Keramikträgers (1) durch Einfüllen und Einbrennen einer Dickschichtpaste (10) verschlossen werden und daß dann die mehrlagige Dickschichtverdrahtung (U bis 17) und die Dünnfilmverdrahtung (18, 19, 21, 2.2, 24, 25, 26) nacheinander hergestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Metallisierung der Wandungen und der Randzonen der Löcher (4) auf beide Seiten (2 und 3) des Keramikträgers (1) und auf die Wandungen der Löcher (4) eine Haftschicht (5) und darüber eine Ankontaktierschicht (6) aufgedampft oder aufgestäubt werden, die Ankontaktierschicht (6) im Bereich der Wandungen und der Randzonen der Löcher (4) galvanisch verstärkt wird und daß dann die nicht verstärkten Bereiche der Haftschicht (5) und der Ankontaktierschicht (6) abgeätzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (5) aus Titan gebildet wird und daß die Ankontaktierschicht (6) und die galvanische Verstärkung (9) aus Gold gebildet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Dünnfilmverdrahtung auf die eine Seite (2) des Keramikträgers (1) eine Grundschicht (18) und darüber eine Kontaktierschicht (19) aufgedampft oder aufgestäubt werden, die Dünnfilm-Verdrahtungsstruktur durch galvanische Abscheidung einer Leitschicht (21), einer Zwischenschicht (22) und einer lotabweisenden Schicht (24) gebildet wird, wobei sämtliche Anschlußflächen bei der Abscheidung der lotabweisenden Schicht (24) abgedeckt sind, daß die freiliegenden Bereiche der Grundschicht (18) und der Kontaktierschicht (19) abgeätzt werden und daß dann die Anschlußflächen durch selektive stromlose Metallabscheidung mit einer lötfähigen Kontaktschicht (25) bedeckt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschicht (18) aus Titan, die Kontaktierschicht (19) aus Kupfer, die Leitschicht (21) aus Kupfer, die Zwischenschicht (22) aus Nickel, die lotabweisende Schicht (24) aus Chrom und die lötfähige Kontaktschicht (25 aus Gold gebildet wird.

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