JP2638518B2 - ポリイミド多層配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミック基板にポリ
イミド樹脂を層間絶縁に使用した多層配線層を有するポ
リイミド多層配線基板の製造方法に関し、特にポリイミ
ド樹脂層の積層方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩチップを搭載する配線基板とし
て、従来から多層プリント配線基板が使用されてきた。
多層プリント配線基板は、銅張積層板をコア材に、プリ
プレグをコア材の接着剤として構成され、コア剤とプリ
プレグとが交互に積層され熱プレスが使用されて一体化
される。積層板間の電気的接続はコア材とプリプレグと
が一体化された後、ドリルによって貫通スルーホールが
形成され、貫通スルーホール内壁が銅メッキされる。

【０００３】また、近年、多層プリント配線基板より高
配線密度を要求されている大型コンピュータ用配線基板
に、セラミック基板上にポリイミド樹脂を層間絶縁に使
用した多層配線基板が使用されてきている。このポリイ
ミド・セラミック多層配線基板は、セラミック基板上に
ポリイミド前駆体ワニスを塗布、乾燥し、この塗布膜に
ヴィアホールを形成するポリイミド樹脂絶縁層形成工程
と、フォトリソグラフィー、真空蒸着およびメッキ法を
使用した配線層形成工程とからなり、かつ、この一連の
工程を繰り返すことによりポリイミド多層配線層の形成
を行なっていた。

【０００４】また、これに代わるポリイミド多層配線基
板の製造方法として、基板を複数のブロックに分割して
製造する方法がある。これは、特開平５−２０６６４３
号に記載されているように、あらかじめ製造された複数
のブロックを接続することにより、最終的にポリイミド
多層配線基板を得る方法である。この製造方法には以下
のような利点がある。

【０００５】第１に複数のブロックを並行して製造でき
るため、製造時間を短縮できるという利点がある。

【０００６】第２に逐次積層方式と比べ多数回キュアが
不要となるので信頼性が高いという利点がある。

【０００７】第３に各ブロックごとで検査が可能なた
め、製造歩留まりが向上するという利点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た多層プリント配線基板は、積層板間の電気的接続をド
リル加工で形成した貫通スルーホールで行なうため、微
細な貫通スルーホールの形成は不可能であり、そのため
貫通スルーホール間に形成できる配線本数が限られてく
る。また、一つの積層板間の接続に一つの貫通スルーホ
ールが必要となり、積層数が増えるほど信号配線収容性
が低下し、高配線密度の多層プリント配線基板を形成す
ることが困難になってくるという欠点があった。

【０００９】また、上述した従来の多層プリント配線基
板の欠点を補うために、最近開発されたポリイミド・セ
ラミック多層配線基板は、ポリイミド絶縁層の積層数と
同じ回数だけ、セラミック基板上にポリイミド前駆体ワ
ニスの塗布、乾燥、ヴィアホールの形成、およびキュア
の各工程を繰り返し行なう必要がある。そのため、多層
配線基板の積層工程に、非常に時間がかかる。また、ポ
リイミド絶縁層の形成工程が繰り返し行なわれるため、
多層配線層の下層部分のポリイミド樹脂に多数回にわた
るキュア工程の熱ストレスが加わり、このため、ポリイ
ミド樹脂が劣化していくという欠点があった。さらにこ
のポリイミド多層配線層は逐次積層方式であるため製造
歩留まりの向上が困難である。という欠点がある。

【００１０】また、製造歩留まりを向上させる方法とし
て開発されたシート単位で積層するビルドアップ方式
も、１層ずつ順次加圧積層を行なうため、高多層になる
ほど下層部分のポリイミド樹脂に熱ストレスが加わりポ
リイミド樹脂の劣化が起きること、および、基板製作日
数が長いという欠点は改善されていない。

【００１１】また、特開平５−２０６６４３号公報で示
されるように、少なくとも一つの配線層を含んだ積層体
をひとつのブロックとし、加熱加圧条件下で接続し、最
終的にポリイミド多層配線基板を製造する方法では、各
ブロックそれぞれが独立した基板上に形成される。この
ため各ブロックを接続するときには、ブロックから基材
を剥離しなければならない。上記公報に掲載された技術
では、アルミニウム基板上にブロックを形成し、ブロッ
クの接続後にアルミニウム基板を塩酸水溶液で溶解して
いる。この方法では主基板がガラスセラミック基板であ
ると加熱加圧下での接続の際に、アルミニウムとガラス
セラミックの熱膨張係数の不一致により基板割れが発生
し、なおかつ塩酸水溶液に溶解する工程でポリイミド多
層配線層自体が劣化する問題点があった。また、ガラス
セラミック基板と熱膨張係数の一致したガラス基板を使
用した場合、化学的にフッ酸で剥離を行うと配線層がフ
ッ酸に侵される危険がある。

【００１２】また、特開平５−９５１９１のように、ブ
ロックを形成した基板自体を最終製品の内部に残留させ
るという方法もある。しかしながら、この方法の場合、
基板とポリイミド層とで熱膨張係数が相違する。このた
めに加熱加圧下の接続の際に、ポリイミド膜や基板に割
れが発生する問題点がある。

【００１３】本発明の目的は、補助基板の剥離工程でポ
リイミド多層配線基板が劣化しないようにしたポリイミ
ド多層配線基板の製造方法を提供することにある。

【００１４】本発明の他の目的は、加熱加圧下の接続工
程で発生する基板やポリイミド膜の割れを防止できるよ
うにしたポリイミド多層配線基板の製造方法を提供する
ことにある。

【００１５】本発明の他の目的は、補助基板の剥離を容
易にできるようにしたポリイミド多層配線基板の製造方
法を提供することにある。

【００１６】本発明の他の目的は、短期間で信頼性の高
い配線密度のポリイミド多層配線基板を製造する方法を
提供することにある。

【００１７】本発明の他の目的は、製造歩留まりおよび
信号配線密度の高いポリイミド多層配線基板の製造する
方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の製造方法
は、ポリイミド樹脂成形基板である主基板上にポリイミ
ド多層配線層を介して、接着層を形成する第１の積層体
製造工程と、セラミック基板である補助基板上に金属層
およびポリイミド多層配線層の順で形成したあと最上層
に接着層を形成する第２の積層体製造工程と、前記第１
の積層体製造工程で形成された接着層と前記第２の積層
体製造工程で形成された接着層とを接着する接着工程
と、この接着工程で接着された積層体のうち前記金属層
をエッチング液でエッチングして前記補助基板を前記第
２の積層体製造工程で、製造した積層体から剥離する剥
離工程とを含む。

【００１９】本発明の第２の製造方法は、前記第１の製
造方法における前記主基板および前記補助基板がセラミ
ック基板で構成されることを特徴とする。

【００２０】本発明の第３の製造方法は、前記第１の製
造方法における前記主基板がポリイミド樹脂成形基板で
あり、前記補助基板がセラミック基板であることを特徴
とする。

【００２１】本発明の第４の製造方法は、前記第１の製
造方法における前記金属層がチタンで形成され、前記剥
離工程におけるエッチング液として過酸化水素水のアン
モニウム溶液が用いられる。

【００２２】本発明の第５の製造方法は、前記第１の製
造方法における前記金属層がアルミニウムで形成され、
前期剥離工程におけるエッチング液として塩酸が用いら
れる。

【００２３】本発明の第６の製造方法は、前記第１の製
造方法における前記金属層が銅で形成され、前記剥離工
程におけるエッチング液として硫酸と過酸化水素水の１
対１の混合液が用いられる。

【００２４】本発明の第７の製造方法は、前記第１の製
造方法における前記金属層がニッケルで形成され、前記
剥離工程におけるエッチング液として硫酸が用いられ
る。

【００２５】本発明の第８の製造方法は、前記第１の製
造方法における前記金属層が金で形成され、前記剥離工
程におけるエッチング液としてヨウ化カリウムが用いら
れる。

【００２６】

【実施例】次に本発明の一実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。

【００２７】本発明の一実施例のポリイミド多層配線基
板は、配線層間絶縁厚２０μｍ、配線幅２５μｍ、配線
膜厚１０μｍであり、ポリイミド樹脂には低熱膨張率感
光性ポリイミドを、ただし、接着層にはガラス転移点を
有するポリイミド樹脂を、配線金属には金を使用してい
る。なお、低熱膨張ポリイミドとは熱膨張係数１０ｐｐ
ｍ〜３０ｐｐｍのものをいう。

【００２８】まず、厚さ２ｍｍの２２５平方ミリメート
ルの多孔質セラミックの平坦な板（以下多孔質セラミッ
ク板と略す）上に均一なチタン層と一組の信号配線層と
の形成過程を図１を参照して詳細に説明する。

【００２９】多孔質のセラミック板はセラミックフィル
ターで気孔径が１０〜１００μｍのものを使用してい
る。

【００３０】図１（Ａ）を参照すると、この工程では、
多孔質セラミック板１上に蒸着法またはスパッタリング
法により厚さ１μｍの均一なチタン層２が形成される。

【００３１】図１（Ｂ）を参照すると、図１（Ａ）に示
される工程で形成されたチタン層上に低熱膨張率感光性
ポリイミド３が用いられ、均一な厚さ１０μｍの層が形
成される。また、接地および接続配線層４がフォトレジ
ストを用いたフォトリソグラフィーでパターン化され、
電解金メッキにより形成される。

【００３２】この金属配線材料としては、金の代りに銅
などの低抵抗金属を使用することができる。

【００３３】図１（Ｃ）を参照すると、低熱膨張率感光
性ポリイミドワニス５が図１（Ｂ）で示された工程で形
成されたポリイミド３および層４の上に塗布され、露光
・現像される。このあと、所定の位置にヴィアホール６
が形成され、キュアが行なわれる。

【００３４】図１（Ｄ）を参照すると、一組の信号配線
層７が層間絶縁に低熱膨張率感光性ポリイミドを用いて
形成される。信号配線層は、フォトレジストを用いたフ
ォトリソグラフィーでパターン化され、電解金メッキに
より形成される。この金属配線材料としては、金の代り
に銅などの低抵抗金属を使用することができる。信号配
線層間絶縁層の形成は、図１（Ｃ）を参照して説明した
工程と同じである。すなわち、低熱膨張率感光性ポリイ
ミドワニス５が塗布され露光・現像される。このあと、
所定の位置にヴィアホールが形成される。

【００３５】図１（Ｅ）を参照すると、図１（Ｄ）で示
される工程で形成された第２の信号配線層上にガラス転
移点を有するポリイミドワニスが塗布され、露光・現像
が行なわれ所定の位置にヴィアホール８が形成される。
この後、キュアが行われてポリイミド接着層９が形成さ
れる。この接着層９の材料としては、ポリイミドワニス
の代りに、溶融硬化型のマレイミド樹脂、溶融型のフッ
素系フィルム、例えばフッ化エチレンとパーフルオロア
ルキルパーフルオロビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）
などが使用できる。

【００３６】図１（Ｆ）を参照すると、図１（Ｅ）で示
された工程を必要層数分繰返して必要層数を形成した多
層配線層の最上層に、図２で示される工程で形成される
多層配線層と電気的接続を行う位置に接続用バンプ１０
が形成される。

【００３７】バンプ１０は、フォトレジストを用いたフ
ォトリソグラフィーでパターン化され、電解金メッキで
形成される。メッキ厚は金１０μｍである。

【００３８】次に図１（Ａ）−（Ｆ）で示された工程で
形成された基板とは別の基板を用いて一組の信号配線層
と、これら信号配線層をはさむ一組の接地および接続層
を形成を図面を参照して詳細に説明する。

【００３９】図２（Ａ）を参照すると、入出力信号ピン
および電源ピン１３を裏面に有するセラミック基板１１
の表面に以下の方法で接地および接続配線層１２を形成
する。すなわち、フォトレジストを用いたフォトリソグ
ラフィーでパターン化され、電解金メッキが行なわれて
接地および接続配線層１２が形成される。この金属配線
材料としては、金の代りに銅などの低抵抗金属を使用す
ることができる。

【００４０】図２（Ｂ）を参照すると、図２（Ａ）で示
された工程で形成された接地および接続配線層１２を有
するセラミック基板１１上に低熱膨張率感光性ポリイミ
ドワニス１４が塗布され、露光・現像が行なわれる。こ
のあと、所定の位置にヴィアホール１５が形成され、キ
ュアが行なわれる。

【００４１】図２（Ｃ）を参照すると、層間絶縁として
低熱膨張率感光性ポリイミドを使用して信号配線層１６
が形成される。この際信号配線層は、フォトレジストを
用いたフォトリソグラフィーでパターン化され、電解金
メッキにより形成される。この金属配線材料としては、
銅などの低抵抗金属を使用することができる。信号配線
層間絶縁層は、低熱膨張率感光性ポリイミドワニスが信
号配線層上に塗布され、露光・現像される。

【００４２】図２（Ｄ）を参照すると、図２（Ｃ）で示
された工程で形成された最上層の絶縁層の所定の位置に
ヴィアホール１７が形成される。その後キュアが行なわ
れる。

【００４３】図２（Ｅ）を参照すると、図２（Ｃ）およ
び（Ｄ）で示された工程で形成されたヴィアホール１７
を有する信号配線層１６上に第２の接地および接続配線
層１８が形成される。この形成は、フォトリソグラフィ
ーでパターン化され、電解金メッキが行なわれる。この
金属配線材料としては、金の代りに銅などの低抵抗金属
が使用されうる。

【００４４】図２（Ｆ）を参照すると、図２（Ｅ）で示
される工程で形成された第２の接地および接続配線層１
８上にガラス転移点を有するポリイミドワニスが塗布さ
れ、露光・現像が行われ所定の位置にヴィアホール１９
が形成される。この後、キュアが行われてポリイミド接
着層２０が形成される。この接着層２０の材料として
は、ポリイミドワニスの代りに、溶融硬化型のマレイミ
ド樹脂，溶融型のフッ素系フィルム、例えば、フッ化エ
チレンとパーフルオロアルキルパーフルオロビニルエー
テル共重合体（ＰＦＡ）などが使用できる。

【００４５】図３（Ａ）を参照すると、図１（Ａ）−
（Ｆ）で示された示程で形成された多孔質セラミック板
１上の接続用金属バンプ１０を有するポリイミド接着層
９とセラミック基板１１上のヴィアホール１９を有する
ポリイミド接着層２０とが位置合わせされ、接着剤また
は接着シートで仮接着が行われる。接着剤としてはゲル
状のエポキシ系または、アクリル系の材料が用いられ
る。

【００４６】図３（Ｂ）を参照すると、図３（Ａ）で示
された工程で仮接着された状態で、ポリイミド樹脂のガ
ラス転移点を越える温度まで加熱と同時に加圧される。
互いのポリイミド膜が接着，固定される。このとき、図
１に示された工程で形成された接続用バンプ１０および
図２に示された工程で形成された第２の接続配線層１８
が接合され、２つの積層構造体が電気的に接続される。

【００４７】この工程での加圧および加熱方法は以下の
通りである。加圧および加熱は、オートクレーブ型真空
プレス装置が使用され、加圧気体としては窒素ガスが使
用される。基板温度３５０℃で６０分間２０ｋｇ／ｃｍ
² で加圧が行われる。この時、基板はプラテン上に置か
れポリイミドフィルムが用いられて密封され内部は真空
状態にされる。

【００４８】図４（Ａ）および（Ｂ）を参照すると、図
３で示された工程で接合された積層構造体は、チタンの
エッチング液である過酸化水素水のアンモニウム溶液２
１に浸漬され、図１（Ａ）で示された工程で形成された
チタン層２がエッチングされる。このエッチングにより
多孔質セラミック基板１が剥離される。

【００４９】本発明の一実施例では、多孔質セラミック
板上に形成された金属材料としてチタンが用いられてい
る。しかし、金属材料として以下の材料が使用できる。
また、その材料に対応するエッチング液も示す。

【００５０】

【表１】

【００５１】図５（Ａ）を参照すると、図４（Ａ）およ
び（Ｂ）で示された工程でチタン層２がエッチングさ
れ、多孔質セラミック基板１が剥離されることにより低
熱膨張率感光性ポリイミド３が新たに露出された状態が
示されている。

【００５２】図５（Ｂ）を参照すると、新たに露出され
た低熱膨張率感光性ポリイミドにドライエッチングが行
われる。この結果、所定の位置にヴィアホール２２が形
成される。

【００５３】図５（Ｃ）を参照すると、図５（Ｂ）で示
された工程で形成されたヴィアホール２２を有するポリ
イミド層に接続用バンプ２３が形成される。このバンプ
２３は、フォトレジストを用いたフォトリソグラフィー
でパターン化され、電解金メッキで形成される。

【００５４】図５（Ｄ）を参照すると、図５（Ｃ）で示
された工程で形成された接続用バンプを除いた低熱膨張
率ポリイミド上にガラス転移点を有するポリイミド接着
層２４が形成される。すなわち、ガラス転移点を有する
ポリイミドワニスが塗布され、露光・現像が行われ、所
定の位置にヴィアホール８が形成される。この後、キュ
ァが行われる。この接着層２４の材料としては、ポリイ
ミドワニスの代りに溶融硬化型のマレイミド樹脂，溶融
型のフッ素系フィルム，例えばフッ化エチレンとパーフ
ルオロアルキルパーフルオロビニルエーテル共重合体
（ＰＦＡ）などが使用できる。

【００５５】所望の信号配線層を形成するため、所定の
回数、図５で示された工程が繰返される。この結果、図
６に示された多層配線基板が形成される。

【００５６】この一実施例ではセラミック基板上にポリ
イミド多層配線層が形成されたが、セラミック基板の他
に硬質有機樹脂基板、例えば、ポリイミド樹脂の成形基
板なども使用することができる。この場合の入出力ピン
は、ポリイミド樹脂成形基板に貫通スルーホールを形成
し入出力ピンを打ち込んで形成する。このポリイミド樹
脂成形基板を使用したポリイミド多層配線基板は、土台
となるポリイミド樹脂成形基板と配線層を有するポリイ
ミド多層配線層の熱膨張係数を正確に合わせることが可
能であり、特に大面積高積層配線基板の製造に適してい
る。

【００５７】以上示した方法を使用することにより積層
体を支持する基板を容易に剥離することができ、高積層
数の高配線密度ポリイミド多層配線基板を形成すること
が可能である。

【００５８】

【発明の効果】本発明は、ポリイミド多層配線層基板を
形成する製造方法において、補助基板とポリイミド多層
配線層間に金属層を形成することを特徴とすることによ
り、補助基板の剥離を容易にできるという効果がある。

【００５９】このため剥離工程でポリイミド多層配線基
板が劣化することがない。また、基板にセラミック基板
が使用できるため、加熱加圧下の接続工程で発生する基
板やポリイミド膜の割れを防止できる。

【００６０】このため、本発明は、信頼性の高い高配線
密度のポリイミド多層配線基板を短期間で、かつ、高い
製造歩留まりで形成できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の一実施例における
一方の積層構造体の製造過程を説明するための図であ
る。

【図２】（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の一実施例における
他方の積層構造体の製造過程を説明するための図であ
る。

【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、図１に示された過程で
製造された一方の積層構造体と図２に示された過程で製
造された他方の積層構造体との接着過程を説明するため
の図である。

【図４】（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の一実施例にお
ける金属層エッチング過程を説明するための図である。

【図５】図４で金属層をエッチングし、多孔質セラミッ
ク板を剥離したあとの過程を説明するための図である。

【図６】本発明の一実施例の製造終了状態を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 多孔質セラミック平板 ２ チタン層 ３，１４ 低熱膨張率感光性ポリイミド ４，１２ 接地および接続配線層 ６，８，１５，１７，１９，２５ ヴィアホール ７，１６ 一組の信号配線層 ９，２０，２４ 感光性ポリイミド接着層 １０，２３ 接続用バンプ １１ セラミック基板 １３ 入出力信号ピンおよび電源ピン １８ 第２接地および接続配線層 ２１ 過酸化水素水アンモニウム溶液

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリイミド樹脂成形基板である主基板上
   にポリイミド多層配線層を介して、接着層を形成する第
   １の積層体製造工程と、セラミック基板である 補助基板上に金属層およびポリイ
   ミド多層配線層の順で形成したあと最上層に接着層を形
   成する第２の積層体製造工程と、 前記第１の積層体製造工程で形成された接着層と前記第
   ２の積層体製造工程で形成された接着層とを接着する接
   着工程と、 この接着工程で接着された積層体のうち前記金属層をエ
   ッチング液でエッチングして前記補助基板を前記第２の
   積層体製造工程で、製造した積層体から剥離する剥離工
   程とを含むことを特徴とするポリイミド多層配線基板の
   製造方法。