JP2634469B2 - 配線基板 - Google Patents

配線基板

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JP2634469B2 JP1307232A JP30723289A JP2634469B2 JP 2634469 B2 JP2634469 B2 JP 2634469B2 JP 1307232 A JP1307232 A JP 1307232A JP 30723289 A JP30723289 A JP 30723289A JP 2634469 B2 JP2634469 B2 JP 2634469B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、電子計算機、通信機器等に用いられる高密
度の配線基板の構造に関する。
[従来の技術] 従来、絶縁層を用いて配線基板を形成する場合には、
第2A図に示すように、有機物絶縁層2上に直接、回路を
形成していた。
しかし、第2B図に示すように、多層の回路を形成する
場合には、上記の構造ではクラックが発生し、問題があ
った。つまり、上層の導体4aの層または上層の有機物絶
縁層2aを形成する工程においては、下層回路および絶縁
層などに、形状に起因する、大きな熱応力6が、第2B図
に示す矢印の方向に負荷されることが多い。このため、
切欠部において、クラックが発生し、有機物絶縁層2,2a
や導体4の層に、同図に示すような破壊7が生じる。
このような破壊7が、導体4の層や有機物絶縁層2,2a
に生ずると、その部分の接触状態が振動等によって変化
して、ノイズを生じたり、また、断線となることがあ
る。このため、歩留りの低下や、製品としての信頼性が
低下するという問題が起きる。
上記の問題を解決する手段として、特開昭61−12357
号公報に記載の技術がある。
第3図に、上記の技術を示す。
この技術は有機物絶縁層2と導体4の層との間に、Ta
2O5やSiO2から成る応力支持層5を設ける構造となって
いる。また、上層も同様に、有機物絶縁層2aと導体4aの
層との間に応力支持層5aを設ける。
この応力支持層5,5aにより、さらに上層の絶縁層を形
成する工程で発生する熱応力に耐えることが可能であ
る。
[発明が解決しようとする課題] 上記従来技術は、熱応力に耐える層としては有効であ
った。
しかし、この従来の技術には、次のような問題点があ
る。すなわち、基板に電源投入中に、基板内で熱が発生
することがあり、この発生した熱については、上記従来
技術は、全く考慮していない。
この発熱が生じた場合について、第3図により、説明
する。
同図において、応力支持層5は、基板1上に形成され
た有機物絶縁層2と導体4の層との間に、設けられてい
る。上層も同様に、有機物絶縁層2aと導体4aの層との間
に、応力支持層5aが設けられている。
この応力支持層5,5aは、上層の絶縁層を形成する工程
で発生する熱応力には耐えることが可能である。
しかし、基板に電源を投入中に発生する熱の放散に対
しては、全く考慮がされていない。従って、電源投入中
の基板の発熱により、応力支持層5,5aおよび有機物絶縁
層2,2aは熱を蓄え、これらの温度は上昇する。この結
果、これらの層が熱膨張11を生じ、両者の熱膨張率の違
いによって、応力支持層5に割れ、剥離が生じ、さらに
導体4の層にも、割れなどが生じる。
このため、上記の配線基板は、信頼性が低く、また、
この配線基板を用いた計算機などの製品は、故障、誤動
作が生じやすいものとなる。
本発明の目的は、導体や抵抗体等の破壊、断線のない
信頼性の高い配線基板を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 上記目的は、配線基板に、熱を放散させる層を設ける
ことにより達成できる。
上記目的は、絶縁層と導体層との間に、電源投入中に
発生する熱を拡散し、逃すための熱拡散体を設けること
により達成できる。
また、抵抗体層を設けた配線基板においては、抵抗体
層と絶縁層との間に、熱拡散体を設けることにより達成
できる。
また、製造工程において機械的強度が問題となる場合
は、積層された層間で生じた応力を支持する層を設ける
ことにより、上記目的を達成できる。
上記熱拡散体の厚さは、機械的強度および熱放散の点
では、厚い程有効となるが、コストや熱拡散体形成後の
加工等を考慮すると、0.2〜10μm程度の厚さとするの
が適当である。
さらに、上記熱拡散体を設けた高密度多層配線基板
を、電子計算機、通信機器等の回路部として用いること
により、故障や誤動作を防止し、信頼性の向上を図るこ
とができる。
[作用] 本発明に係る配線基板においては、電源投入中に、配
線基板に発生した熱と、熱拡散体を通して、周囲に均等
に拡散し、逃がす。
従って、絶縁層や抵抗体等の一部に、局所的に熱が蓄
えられることはない。よって、絶縁層や導体等の熱膨張
率が違っても、これらの部分的膨張による、回路等の破
壊や機能低下は生じない。
特に、熱拡散体の上に、主な熱発生源となる抵抗体を
設けた場合は、抵抗体で発生した熱を、熱拡散体を通じ
て、周囲に均等に拡散し、逃す。そのため、抵抗体や絶
縁層の局所的蓄熱による部分的膨張は生ぜず、回路の破
壊等は起らない。
従って、本発明によれば、内部に抵抗体を設けた高密
度多層配線基板の信頼性を低下させることがない。
なお、配線基板上に、積層された層間で生じた応力を
支持する層を設けた場合は、製造工程において発生する
応力を、比較的強度の高い、これらの層が支えるため、
絶縁層や導体に強い応力がかからない。
従って、製造工程において発生する熱応力による、製
造工程中の導体、抵抗体の破断等を防止できる。
[実施例] 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
本発明の第1の実施例について説明する。
第1図は、本発明に係る多層配線基板の第1の実施例
を説明するための、各製造段階における多層配線基板の
断面図である。
第1図(d)は、本実施例の最終製造段階における配
線基板の一部の断面図である。
同図において、本実施例の配線基板は、基板1上に、
ポリイミドワニスのような有機物からなる有機物絶縁層
2を形成し、この有機物絶縁層2の上に、0.2μm〜10
μmの厚さのSiからなる熱拡散層3を形成している。こ
の熱拡散層3の上には、所望の形状にエッチングされた
導体4の層が形成されている。
さらに、導体4の層の上に有機物絶縁層2a、その有機
物絶縁層2aの上に熱拡散層3a、その熱拡散層3aの上に導
体4aの層が順次形成され、上層の有機物絶縁層2aと、熱
拡散層3aとの同一場所に、スルーホール10aを形成し、
上層の導体4aと、下層の導体4とを接続している。
また、Siを熱拡散層の材料として選んだのは、次の理
由による。
熱拡散層として必要な性質には、良好な熱伝導率、低
い熱膨張率、および、比較的高い機械強度等がある。Si
の熱伝導率は、0.2cal/cm・degと良好であり、熱膨張率
は、9.6×10-6℃と比較的低く、機械強度は、SiO2と同
程度の強度を持つ。
従って、Siは、上記必要な性質を満たすので、熱拡散
層の材料として好適である。
ただし、Siは、通常、LSI等で導電性材料としても用
いられることがあるため、回路の下に熱拡散層として、
Si層を形成することは、通電の点で問題となる可能性が
ある。しかし、不純物濃度を低く設定することにより、
その抵抗率を、2×1010μΩ・cm程度することができ、
CuやAlの数μΩ・cmという抵抗率に比べ、はるかに高
く、通電の点で問題とはならない。
なお、熱拡散層の材料としては、Siの他に、Si3N4,Al
2O3,W,Ta等のように、熱良導体であると同時に機械的強
度も高い物質でもよい。
また、上記熱拡散層の厚さは、強度および熱放散の点
では、厚いほど有効であるが、層を形成する時間およ
び、スルーホール形成などの後加工までを考慮すると、
0.2μm〜10μmの厚さが適当である。
次に、本実施例の多層配線基板の製造方法の一例につ
いて説明する。
第1図(a)は製造工程の第1段階を示す。これは次
の工程から成る。
セラミック、金属または有機物等からなる基板1上
に、ポリイミドワニスのような有機物を塗布、焼成し、
平滑な面をもつ有機物絶縁層2を形成する。
次に、この有機物絶絶縁層2の上に、Si層を熱拡散層
3として、公知技術であるスパッタリングによって0.2
〜10μmの厚さに成膜する。
この熱拡散層3の上に、AlまたはCuの導体4の層を、
スパッタリングにより1〜5μmの厚さに形成する。
次に、第2段階を第1図(b)に示す。
この工程は、上記のAlまたはCuの導体4の層を公知技
術であるフォトエッチング技術により、エッチングし、
回路パターンを形成し、導体4の配線とする工程であ
る。
次に、第3段階を第1図(c)に示す。
この工程は、上記の導体4bおよび熱拡散層3の上に、
ポリイミドワニスを塗布、焼成し、有機物絶縁層2aを形
成し、その後、公知技術であるフォトエッチング技術に
よりスルーホール10を形成する工程である。
次に、第4段階を第1図(d)に示す。
この工程は、まず、上記スルーホール10を有する有機
物絶縁層2aの上に、熱拡散層3aを形成する。次に、フォ
トエッチング技術により、熱拡散層3aにスルーホール10
aを形成する。次に、この熱拡散層3aの上に、AlまたはC
uの導体4aの層をスパッタリングによって成膜し、上記
と同様に、フォトエッチング技術により、回路パターン
を形成する。
上記一連の工程により、熱拡散層3,3aを設けた2層配
線基板が得られる。
同様の工程を繰り返すことにより、所望の多層配線基
板を得ることができる。
上記の方法により製造された多層配線基板は、電源投
入中において、基板に発生した熱を、局所的に蓄えさせ
ることなく、熱拡散層により、周囲に均一に拡散し、逃
す。
従って、有機物絶縁層2,2aと導体4,4aの熱膨張差によ
る、割れの発生などを防止でき、このような割れによる
種々の不具合が生じないので、信頼性の高い多層配線基
板を得ることができる。
第4図は、本発明に係る多層配線基板の第2の実施例
を示す断面図である。
同図において、本実施例の配線基板は、基板1上に、
ポリイミドワニスのような有機物等からなる有機物絶縁
層2を形成し、この有機物絶縁層2の上に、0.2μm〜1
0μmの厚さのSiからなる熱拡散層3を形成している。
この熱拡散層3の上には、応力支持層であるSi3N4層8
が、50nm程度形成されており、このSi3N4層8の上に、
抵抗素子となる、Cr,W等の材料を主成分とする抵抗体9
の層が形成される。さらに、この抵抗体9の層の上に、
Al,Cu等からなる導体4の層が形成されている。
これらの層の上に、有機物絶縁層2a、熱拡散層3a、Si
3N4層8aおよび導体4aの層が、順次、積層して形成され
ている。
上層の有機物絶縁層2aと、熱拡散層3aとの同一場所
に、スルーホール10bを形成し、上層の導体4aと、下層
の導体4とを接続している。
なお、応力支持層の材料としては、Si3N4の他、SiO2,
Ta2O5,Al2O3等でもよい。
次に、本実施例の多層配線基板の製造方法の一例につ
いて説明する。
同図において、セラミック、金属等からなる基板1上
に、ポリイミドワニスのような有機物等を塗布焼成し、
平滑な面をもつ有機物絶縁層2が形成されている。
この有機物絶縁層2の表面上には、公知技術であるス
パッタリングによって、熱拡散層3であるSi層が形成さ
れている。さらに、このSi層の表面上には、公知技術で
あるRFスパッタリングによって、Si3N4層8が、50nm程
度形成されている。このSi3N4層8の表面上に、公知技
術であるスパッタリングにより、Cr,W等の材料を主成分
とする抵抗体9の層が形成されており、さらにこの抵抗
体9の層の表面上にAl,Cuの導体4の層が形成される。
この抵抗体9の層と導体4の層は、公知技術であるフォ
トエッチング法により、抵抗素子および配線とされてい
る。
これらの層の上に、上記と同様の方法により、さら
に、有機物絶縁層2a、熱拡散層3a、Si3N4層8aおよび導
体4aの層を形成することを繰り返すことにより、所望の
多層配線基板を得ることができる。
本実施例における、熱拡散層3,3aは、上記第1の実施
例における熱拡散層と同様に作用する。
Si3N4層8,8aは、製造工程中において発生する熱応力
による、導体、抵抗体等の変形や割れを防止する。ま
た、Si3N4層8,8aは、電気的絶縁物であるので、熱拡散
層3と抵抗体9の層との電気的絶縁、および、熱拡散層
3aと導体4aの層との電気的絶縁を確実にする。さらに、
製造工程中において、抵抗体9の層と熱拡散層3との、
相互拡散を防止し、抵抗素子の劣化を防ぐ効果もある。
従って、本実施例は、第1の実施例と同様に、熱によ
る抵抗の変化を防止でき、有機物絶縁層2,2aと導体4,4a
の熱膨張差よる、割れの発生を防止するだけではなく、
Si3N4層8,8aの存在により、層間の機械的強度、電気的
絶縁性の向上、抵抗素子の劣化防止を図り、一層信頼性
の高い多層配線基板を得ることができる。
上記多層配線基板の適用の実施例としては、高性能計
算機、通信機器等の高密度多層配線基板として用いられ
る例がある。
[発明の効果] 本発明によれば、電源投入中において、配線基板内に
発生する熱を、熱伝導率の高い層が、発熱部位より広い
面積に均等に伝え、拡散する。従って、局所的な蓄熱を
防止し、蓄熱による昇温を原因とする熱応力によって生
じる配線、抵抗体の断線等を防止することができる。
また、電子計算機や通信機器等に、本発明に係る多層
配線基板を用いることにより、それらの信頼性の向上が
図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)から(d)までは、本発明に係る多層配線
基板の第1の実施例の各製造段階における断面図、第2A
図は従来の多層配線基板の断面図、第2B図は従来の多層
配線基板の製造工程における応力状況および割れを示す
断面図、第3図は応力支持層を有する多層配線基板の導
体および応力支持層の割れを示す断面図、第4図は本発
明に係る多層配線基板の第2実施例を示す断面図であ
る。 1……基板、2,2a,2b……有機物絶縁層、3,3a……熱拡
散層、4,4a……導体、5,5a……応力支持層、6……熱応
力、7……破壊、8,8a……Si3N4層、9……抵抗体、10,
10a,10b……スルーホール、11……熱膨張。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松崎 永二 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 平2−68980(JP,A) 実開 昭54−9867(JP,U) 実開 平1−63136(JP,U)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に、絶縁層と、導体層又は抵抗体層
    とが、順次積層されて構成された配線基板において、 前記絶縁層と、前記絶縁層に隣接する前記導体層又は前
    記抵抗体層との間に、前記導体層又は前記抵抗体層で局
    所的に発生した熱を分散させる熱拡散体層を設けたこと
    を特徴とする配線基板。
  2. 【請求項2】請求項1において、 前記熱拡散体層と、前記熱拡散体層に隣接する層との間
    に、両層間で生じた応力を支持する応力支持層を設けた
    ことを特徴とする配線基板。
  3. 【請求項3】請求項1又は2において、 前記熱拡散体層の材料として、Siを用いることを特徴と
    する配線基板。
  4. 【請求項4】請求項1又は2において、 前記熱拡散体層の厚みが0.2〜10μmの範囲であること
    を特徴とする配線基板。
  5. 【請求項5】回路の少なくとも一部を、請求項1、2、
    3又は4記載の配線基板を用いて構成したことを特徴と
    する電子機器。
  6. 【請求項6】基板上に、絶縁層と、導体層又は抵抗体層
    とが、順次積層されて構成された配線基板において、 前記絶縁層と、前記絶縁層に隣接する前記導体層又は前
    記抵抗体層との間に、シリコン(Si)の層を設けたこと
    を特徴とする配線基板。
  7. 【請求項7】請求項6において、 前記シリコンの層の厚みが0.2〜10μmの範囲であるこ
    とを特徴とする配線基板。
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