DE3407799A1

DE3407799A1 - Verfahren zur herstellung einer multilayer-hybridschaltung

Info

Publication number: DE3407799A1
Application number: DE19843407799
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dipl.-Phys. Dr. 6907 Nußloch Krokoszinski; Henning Dipl.-Phys. Dr. 6901 Mauer Oetzmann; Conrad Dipl.-Phys. Dr. 6901 Gaiberg Schmidt
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1984-03-02
Filing date: 1984-03-02
Publication date: 1985-09-05

Description

Verfahren zur Herstellung einer Multilayer-Hybrid-
schaltung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Multilayer-Hybridschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Verfahren zur Herstellung einer Multilayer-Hybridschaltung ist aus Proceedings of the th. ISHM Conference 1983, Copenhagen, Seite 186 bis 192 bekannt.
Multilayer-Hybridschaltungen mit Durchkontaktierung zwischen den Einzellagen (Layern) werden bisher unter Verwendung von Keramikplatten, glasfaserverstärkten Leiterplatten oder kaschierten Folien als Isolationsschicht (s. z.B. H. Delfs, Hybridschaltungen, Verlag Berliner Union GmbH, Stuttgart, Verlag W. Kohlhammer GmbH, Stuttgart, Berlin, Köln, Mainz 1973, Seite 69 bis 70) sowie durch Strukturierung von Polyimidschichten hergestellt (siehe Proceedings of the 4th. ISHM conf. 1983, Copenhagen, Seite 186 bis 192).
Im Falle der Keramik-Zwischenschicht werden die Leiterbahnen in Dickschicht-Siebdrucktechnologie erstellt.
Multilayer-Leiterplatten werden mittels der bekannten Additiv- und Subtraktivtechniken mit den Leiterbahnstrukturen versehen. Die Verbindungslöcher zwischen den Schaltungsebenen (via holes) müssen in die Keramik- bzw.
Leiterplatte gestanzt oder gebohrt werden und durch Füllung mit Dickschichtpaste bzw. durch galvanische Auskleidung des Bohrlochs zur funktionsfähigen Durchkontaktierung ausgestaltet werden. Die oberste Schaltungsebene wird dann zur Montage von Einzelkomponenten vorbereitet.
Ähnliche Multilayertechniken sind für Schaltungen in additiver Dünnschichttechnik nicht bekannt, obwohl auch für sie die Vorteile des dreidimensionalen Schaltungsaufbaus auf der Hand liegen.
Betrachtet man die Summe der Grundflächen aller nachträglich aufgebrachten Bauelemente einer in Dünnschicht-AufdampStechnik hergestellten Hybridschaltung als absolutes Minimum des Flächenbedarfs der Schaltung, so wird die Größe des gesamten Moduls über dieses Minimum hinaus durch die lateralen Dimensionen der aufgedampften Strukturen bestimmt. Bei Verwendung der additiven Dünnschichttechnik steht dem Vorteil der Zweilagenverdrahtung (durch lokale Isolation an Leiterbahnkreuzungen) eine Beschränkung in der Verkleinerung der Leiterbahnbreite und Leiterbahnabstände gegenüber. Um die Stabilität der metallischen Aufdampfmasken zu erhalten, können die Leiterbahnbreite und die Leiterbahnabstände von gegenwärtig 100 pm bzw. 150 pm allenfalls auf 50 pm bzw. 100 pm verringert werden. Diese Beschränkung ergibt sich auch aus der Tatsache, daß jede Verringerung der Leiterbahnbreite durch eine entsprechende Erhöhung der aufgedampften Schichtdicke ausgeglichen werden muß, um den Widerstand der Leiterbahnen klein zu halten. Eine wesentliche Verringerung des Flächenbedarfs aufgedampf- ter Dünnschichtschaltungen kann deshalb nur durch den Aufbau zusätzlicher Schaltungsebenen (Multilayer) erreicht werden.
Die wichtigsten Probleme stellen dabei einerseits die Isolationsschicht zwischen den Ebenen (Materialeigenschaften, Pinholefreiheit, lokale Strukturierbarkeit, Wärmefestigkeit, Resistenz gegen nicht-neutrale Bäder usw.) und andererseits die Herstellung elektrischer Verbindungen zwischen den Schaltungsteilen auf verschiedenen Schaltungsebenen (Layern) dar. Die bisher praktizierte Möglichkeit, die Isolationsschicht (z.B. Al203) strukturiert aufzudampfen, leidet einmal unter der Unsicherheit, daß bei einer maximalen Schichtdicke von 0,5 bis 1,0 ium und großflächigen Überschneidungen übereinanderliegender Schaltungsteile Kurzschlüsse nicht vollständig ausgeschlossen werden können; zum anderen werden aufgedampfte Oxide von manchen nicht-neutralen Bädern (chemische Nachverstärkung) angegriffen.
Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Multilayer-Hybridschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, das eine einfache Verbindung zwischen den Leiterbahnen der verschiedenen Schaltungsebenen ermöglicht, wobei eine chemisch resistente und lokal strukturierbare Isolationsschicht eingesetzt wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Verwendung des Fotoresists die Herstellung einer glatten, hinreichend wärmefesten, chemisch resistenten und lokal strukturierbaren Isolationsschicht zwischen zwei Schaltungsebenen einer aufgedampften Hybridschaltung ermöglicht wird, wobei gleichzeitig die Konstruktion von Kontaktknoten (Lötknoten) zur Verbindung der Leiterbahnen der verschiedenen Schaltungsebenen erleichtert wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Auf die Oberfläche eines Substrats 1 ist ein Grundoxid 2 (z.B. Al203) aufgedampft. Auf das Grundoxid 2 ist z.B.
eine erste Leiterbahn 3 vorzugsweise in Aufdampftechnik aufgebracht. Zur Bildung einer isolierten Leiterbahnkreuzung für eine Zweilagenverdrahtung ist die erste Leiterbahn 3 am vorgesehenen Kreuzungspunkt mit einer lokalen Oxidschicht 4 versehen. Danach werden eine die erste Leiterbahn 3 kreuzende zweite Leiterbahn 5 sowie z.B. Widerstände, Kondensatoren, Chipmontageflächen etc.
aufgebracht, vorzugsweise aufgedampft.
Anschließend wird eine als Isolationsschicht zwischen zwei Schaltungsebenen der Hybridschaltung dienende Fotoresistschicht 6 aufgebracht. Die Montageflächen von beispielsweise aufzuklebenden Einzelkomponenten wie Halbleiterchips sowie Bond- und Lötflächen werden jetzt photolithographisch freigelegt. Nach erfolgter Belichtung und Entwicklung wird die Fotoresistschicht 6 durch Temperung bei einer Temperatur oberhalb der vorgesehenen Löttemperatur nachfolgender Lötungen gehärtet.
Anschließend kann die nächste Schaltungsebene der dybridschaltung in additiver Dünnschichttechnik auf die gehärtete Fotoresistschicht 6 gedampft werden. Hierzu werden z.B. eine dritte Leiterbahn 7, danach an einer vorgesehenen Leiterbahnkreuzung eine lokale Oxidschicht 8 und schließlich eine die dritte Leiterbahn 7 kreuzende vierte Leiterbahn 9 aufgebracht. Anschließend wird wiederum eine Fotoresistschicht aufgebracht, belichtet, entwickelt und gehärtet.
Die Verbindung von Leiterbahnen verschiedener Schaltungsebenen, z.B. der Leiterbahnen 3 und 7, wird durch Verlöten an photolithographisch freigelegten Lötknoten (Kontaktknoten) hergestellt. Die untere Leiterbahn 3 weist am vorgesehenen Lötknoten eine kreisscheibenförmige Verbreiterung 10 auf. Die Fotoresistschicht 6 ist über dieser Verbreiterung 10 photolithographisch freigelegt, d.h. sie besitzt eine zylinderförmige Öffnung 11.
Die mit der Leiterbahn 3 zu verbindende Leiterbahn 7 der darüberliegenden Schaltungsebene weist über der kreisförmigen Verbreiterung 10 und der Öffnung 11 eine kreisringförmige Verbreiterung 12 auf. Durch Einbringung von Lötmaterial 13 durch die kreisringförmige Verbreiterung 12 der oberen Leiterbahn 7 und die Öffnung 11 der Fotoresistschicht 6 auf die kreisscheibenförmige Verbreiterung 10 der unteren Leiterbahn 3 wird eine lötfähige Kontaktierung, d.h. ein Lötknoten oder Kontaktknoten zwischen den beiden Schaltungsebenen gebildet.
In gleicher Weise können weitere Ebenen zur Bildung einer Multilayer-Hybridschaltung in additiver Dünnschichttechnik aufgebracht werden.
Jede Erhöhung der Zahl der Ebenen (Layerzahl) um eins (n'3 n + 1) erfordert einen Photolithographieprozeß und einen Aufdampfprozeß; dabei erhöht sich die Zahl der Verdrahtungsebenen um 2 (2n->2(n+1)), und der Platzbedarf der aufgedampften Strukturen reduziert sich gemäß 1/n -> 1/(n + 1). Somit wird es immer möglich, die Gesamtfläche F eines Hybrids auf einen Wert Fmin zu reduzieren, der durch die Zahl seiner Außenkontakte (N Pins im Rastermaß 2,54mm) gegeben ist; z.B.
Fmin = ((N/4 + 1) ~ 2,54mm)2 (für quadratische Substrate) vorausgesetzt, daß Fmin größer ist als der Gesamtplatzbedarf der integrierten Halbleiterbauelemente. Dadurch kann ein eventuell notwendiges Gehäuse optimal ausgenutzt werden.
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Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer Multilayer-Hybridschaltung mit Isolationsschichten zwischen mehreren, jeweils mit Leiterbahnen versehenen Schaltungsebenen, dadurch gekennzeichnet, daß als Isolationsschicht zwischen den einzelnen Schaltungsebenen jeweils eine Fotoresistschicht aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Montageflächen von Einzelkomponenten sowie Bond- und Lötflächen photolithographisch freigelegt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoresistschicht nach erfolgter Belichtung und Entwicklung durch Temperung bei einer Temperatur oberhalb der vorgesehenen Löttemperatur anschließender Lötprozesse gehärtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen den Leiterbahnen der einzelnen Schaltungsebenen durch Verlötungen an den hierzu photolithographisch freigelegten Lötknoten hergestellt werden.