JPH0245998A - 薄膜多層配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高密度化、高歩留り、高スループツトの高密
度配線基板に係り、高密度ピングリッドアレイやマルチ
チップモジュール等に用いる高密度薄膜多層配線基板に
関する。

〔従来技術〕

沼田他、特開昭６０−２４３１２０号公報、片岡俊部。

プラスチックス、３７．ＮＱＩ、６３　（１９８６）な
どに開示される従来の一括積層基板は、片面、或いは、
両面に配線をもつ積層板をセミキュア状態のプリプレグ
で積層接着し、後で、貫通孔をドリル孔あけしてメツキ
などで導通させる方法が、現在、最も一般的である。こ
の場合、位置合わせは、ピンを立てておいて行なう。

また、逐次積層薄膜多層法と呼ばれている半導体の配線
と同様に、導体メタルの蒸着、スパッタ後、フォトリソ
グラフィでパターン形成し、絶縁膜を形成後スルホール
加工して、再び、導体メタルをデポする方法も、最近、
使用されるようになって来た。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の一括積層法は、位置合わせにピンを使うため精度
が極めて悪く、スルーホール形成は一般にドリルのため
、高密度化出来ない等の問題がある。また、レーザ法や
ＥＢ法も知られているが、何層も重ねた後で穴をあける
ため微細なスルーホールに形成にはやはり無理がある。

更に、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸したタイプの
ものは熱膨張係数がかなり太きくＳｉチップを直付けす
るような用途では、熱応力によるチップのクラックなど
の問題があって、実質的には使用不可能である。

また、逐次積層方法は、導体パターン形成、絶縁膜形成
、スルーホール形成をシリーズに行なっていくため、精
度は半導体の配線数にできるが、極めて歩留りが悪く、
せいぜい五層程度が限度と考えられる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、表裏両面に配線パターンが形成され、且つ、
配線の一部がスルーホールで接続された絶縁性薄葉材料
を、所定の位置に導電性貫通部をもつ接着性薄葉材料を
介して、積層されている薄膜多層配線することに特徴が
ある・。

本発明で使用する薄膜回路基板は、ポリイミド。

ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）　、液晶ポリマ
ーなどのフィルムに接着剤で金属箔を貼りあわせ、スル
ーホールをあけ導電処理した後に、両面の金属箔をパタ
ーニングしたもの、同様のフィルムにスルーホールをあ
け導電処理した後に、レジストを塗布し、鍍金などで導
体膜パターンを形成したもの、フィルムにスルーホール
をあけ、スパッタや蒸着法により導電膜を形成し、次い
でパターン化したものなどが使用できる。

本発明に使用する基板材料は、低熱膨張性ポリイミドや
、サーモトロピック液晶ポリマなどが。

後でＳｉチップなどの低熱膨張性の物をマウントするの
に熱応力が小さくて好ましい、特に、低熱膨張性ポリイ
ミドは、耐熱性や機械特性などの点で好都合な材料であ
る。この基板に、スルーホールを形成する方法は、ドリ
ルでも良いが、高密度化のためには、ＥＢ、レーザ、フ
ォトエツチング法などの方が好ましい。さらに、スルー
ホールの導電化する方法は、無電解化学鍍金２選択電解
鍍金、導電ペーストに依る穴埋め、半田などの低融点金
属による穴埋めなどが挙げられる。

本発明に用いる接着フィルムは、ポリイミドのセミキュ
アフィルム、ポリイミドと熱硬化性ポリイミドとのセミ
キュアフィルム、サーモトロピック液晶フィルム、フィ
ルム表面に接着剤を塗布した物などが挙げられる。この
場合も熱応力や、Ｓｉチップ直付けの為には、低熱膨張
性のものが良い。また、溶融接着性なども含めるとサー
モトロピックなポリエステル系の液晶ポリマも利用価値
は高い。

本発明の接着フィルムにおいて、導電性貫通部は、スル
ーホールの形成方法と同様に形成できる。

しかし、硬化させて接着させるタイプのものの場合、硬
化しない程度の温度で処理しなければならない。

また、本発明において、薄膜回路基板、または、接着フ
ィルムの接合部には、予め、低融点金属や導電ペースト
層を形成しておくと、積層接着したときのスルーホール
抵抗や長期信頼性の点で良い。

本発明において、これらの薄膜回路板と接着フィルムの
位置合わせ精度は、極めて重要な問題である。これは、
例えば、マスクアライナと類似の装置を用い、接着フィ
ルムをガラス基板に吸着させて位置合わせした後、高周
波加熱、レーザ加熱。

予め粘着性を与えておいて圧着、感光性のものの場合は
、露光させて、−旦、軽く接着し、次に、同様の方法で
、薄膜回路板を積層した後、同様の方法で接合させると
いう方式を用いれば、かなり高い精度が得られる。フル
キュアは、この時点、或いは、全層を積層後纏めて行な
っても良い。

本発明で使用できるポリイミド、或いは、その前駆体は
、ポリアミック酸が一般的だが、その他に、エステル化
アミック酸、酸二無水物とジイソシアネートとの反応生
成物などがある。また、それらの骨格には、多くのもの
が使用できる６例えば、芳香族アミノカルボン酸の重合
体、芳香族ジアミン、あるいは、ジイソシアネートと芳
香族テトラカルボン酸を出発原料とするもの等がある。

本発明の、ポリイミドの前駆体は、次のような化学構造
をもつものが挙げられる。

Ａ　ｒ　１は、二価の有機基、Ａｒｔは四価の有機基、
ＲはＨまたはアルキル基である。

このようなポリイミドの前駆体は、芳香族アミノジカル
ボン酸誘導体の単独重合、または、芳香族ジアミン、或
いは、芳香族インシアネートと、テトラカルボン酸誘導
体の反応によって得られる。

テトラカルボン酸誘導体には、エステル、酸無水物、酸
塩化物などがある。酸無水物を用いるのは合成上好まし
い。

合成反応は、一般には、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ
）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）。

ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、ジメチルスルフオ
オキサイド（ＤＭＳＯ）、硫酸ジメチル。

スルフオラン、ブチルラクトン、クレゾール、フェノー
ル、ハロゲン化フェノール、シクロヘキサノン、ジオキ
サン、テトラヒドロフラン、アセトフェノンなどの溶液
中で、−２０〜２００℃の範囲で行なわれる。

本発明に用いられるアミノジカルボン酸誘導体には、４
−アミノフタル酸、４−アミノ−５−メチルフタル酸、
　４−　（ｐ−アニリノ）−フタル酸。

４−　（３，５−ジメチル−４−アニリノ）フタル酸な
ど、或いは、これらのエステル、酸無水物。

酸塩化物等が挙げられる。

本発明に用いられる芳香族ジアミンは、ｐ−フェニレン
ジアミン、２，５−ジアミノトルエン。

２．５−ジアミノキシレン、ジアミノキシレン（２，３
，５，６−チトラメチルフエニレンジアミン）、２．５
−ジアミノベンシトリフルオライド、２．５−ジアミノ
アニソール、２，５−ジアミノアセトフェノン、２，５
−ジアミノベンゾフェノン、２，５−ジアミノジフェニ
ル、２．５−ジアミノフルオロベンゼン、ベンジジン、
０−トリジン、ｍ−トリジン、３．３’　、５，５’　
−テトラメチルベンジジン、３．３’　−ジメトキシベ
ンジジン、３．３’−ジ（トリフルオロメチル）ベンジ
ジン、３．３’−ジアセチルベンジジン。

３．３′−ジフルオロベンジジン、オクタフルオロベン
ジジン、４，４．　−ジアミノターフェニル、４．４”
−ジアミノクォーターフェニル等の直線状のコンフォメ
ーションをもつものや、ｍ−フェニレンジアミン、４．
４’　−ジアミノジフェニルメタン、１．２−ビス（ア
ニリン）エタン。

４．４−ジアミノジフェニルエーテル、ジアミノジフェ
ニルスルフォン、２，２〜ビス（ｐ−７ミノフエニル）
プロパン、２，２−ビス（ｐ−アミノフェニル）へキサ
フルオロプロパン、３．３’−ジメチル−４，４′−ジ
アミノジフェニルエーテル、３．３’−ジメチル−４，
４′−ジアミノジフェニルメタン、ジアミノトルエン、
ジアミノベンシトリフルオライド、１．４−ビス（ｐ−
７ミノフエノキシ）ベンゼン、４，４−ビス（ｐ　−ア
ミノフェノキシ）ビフェニル、ヘキサフルオロプロパン
、２，２−ビス（４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェニ
ル）プロパン、２，２−ビス（４−（ｍ−アミノフェノ
キシ）フェニル）プロパン。

２．２−ビス（４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェニル
）へキサフルオロプロパン、２，２−ビス（４−（ｍ−
アミノフェノキシ）フェニル）へキサフルオロプロパン
、２，２−ビス（４−（ｐ−アミノフェノキシ）−３，
５−ジメチルフェニル）へキサフルオロプロパン、２，
２−ビス（４−（ｐ−アミノフェノキシ）−３，５−ジ
トリフロロメチルフェニル）へキサフルオロプロパン、
ｐ−ビス（４−アミノ２−トリフルオロメチルフェノキ
シ）ベンゼン、４．４’−ビス（４−アミノ−２−トリ
フロロメチルフェノキシ）ビフェニル。

４．４′−ビス（４−アミノ−３−トリフロロメチルフ
ェノキシ）ビフェニル、４．４’　−ビス（４−アミノ
−２−トリフロロメチルフェノキシ）ビフェニルスルフ
ォン、４．４’−ビス（３−アミノ−５−トリフロロメ
チルフェノキシ）ビフェニルスルフォン、２，２−ビス
（４−（ｐ−アミノ−３−トリフロロメチルフェノキシ
）フェニル）へキサフルオロプロパン、ジアミノアント
ラキノン、４，４−ビス（３−アミノフェノキシフェニ
ル）ジフェニルスルフォン、１，３−ビス（アニリノ）
へキサフルオロプロパン、１，４−ビス（アニリノ）オ
クタフルオロブタン、■、５−ビス（アニリノ）デカフ
ルオロペンタン、ｌ、７゜ビス（アニリノ）テトラデカ
フルオロへブタン、一般式 ％式％ （Ｒｅ、Ｒ７は二価の有機基、Ｒａ、Ｒａは一価の有機
基＋　ｐ＋　ｑは１より大きい整数。）で示されるジア
ミノシロキサンがあげられ、また、これらのジイソシア
ネート化合物も使用できる。

本発明に用いるテトラカルボン酸誘導体は、ピロメリト
酸、メチルピロメリト酸、ジメチルピロメリト酸、ジ（
トリフルオロメチル）ピロメリト酸、３．３’　、４．
４’　−ビフェニルテトラカルボン酸、５．５’−ジメ
チル−３，３’　、４゜４′−ビフェニルテトラカルボ
ン酸＋　ｐ　　（３ｔ４−ジカルボキシフェニル）ベン
ゼン、２，３゜３’　、４’−テトラカルボキシジフェ
ニル、３゜３’　、４．４’　−テトラカルボキシジフ
ェニルエーテル、２，３．３’　、４’　−テトラカル
ボキシジフェニルエーテル、３．３’　、４．４’　−
テトラカルボキシベンゾフェノン、２，３．３’４′−
テトラカルボキシベンゾフェノン、２，３゜６．７−チ
トラカルポキシナフタレン、１，４゜５．７−チトラカ
ルボキシナフタレン、１，２゜５．６−チトラカルポキ
シナフタレン、３．３’４．４′−テトラカルボキシジ
フェニルメタン。

２．３．３’　、４’　−テトラカルボキシジフェニル
メタン、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル
）プロパン、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェ
ニル）へキサフロロプロパン、３゜３’　、４．４’　
−テトラカルボキシジフェニルスルフォン、３，４，９
．１０−テトラカルボキシペリレン、２，２−ビス（４
−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル）プロ
パン、２，２−ビス（４−（３，４−ジカルボキシフェ
ノキシ）フェニル）へキサフフロロプロパン、ブタンテ
トラカルボン酸、シクロペンタンテトラカルボン酸など
が挙げられ、これらの酸無水物、酸塩化物。

エステルなども使用できる。

本発明では、ポリイミドとするよりも完全にイミド化し
ていない物の方が接着性も点で好ましい。

ポリイミド前駆体膜は、ポリイミド前駆体溶液をスピン
コードなどに依って均一に塗布し、好ましくは５０〜２
５０℃程度の温度範囲で乾燥することにより得られる。

ポリイミド前駆体を使用する場合は、マスクを除去した
あとはポリイミドにするため高温に加熱するか、イミド
他剤溶液中に浸漬して、殆ど、イミド化させることが望
ましい。

加熱イミド化の場合、生成するポリイミドのガラス転移
温度以上に加熱することが望ましい。

本発明において、ジアミン成分に直線上のコンフォメー
ションをもつ物を用い、テトラカルボン酸にピロメリッ
ト酸誘導体、ビフェニルテトラカルボン酸誘導体を使用
すると、ロッドライク上のポリイミドが得られ、それら
は低熱膨張性になり、Ｓｉチップの直付けが可能になる
など利点が非常に多い。

本発明において、予めフィルムを形成した後。

その上に導体膜を形成しても良いが、予め金属箔などの
導体の上にワニスを塗布し、硬化後、導体をパターン形
成する方法も可能である。この場合、ポリイミドと種々
の基材との接着性が問題になる。

無機材質の表面を粗化したり、シランカップリング剤、
チタネートカップリング剤、アルミアルコレート、アル
ミニウムキレート、ジルコニウムキレート、アルミニウ
ムアセチルアセトンなどにより表面処理することが好ま
しい。また、これらの表面処理剤をポリイミド中に添加
しても良い。

本発明において、より熱膨張係数を下げたり、弾性率を
上げたり、流動性をコントロールしたりするために、無
機質、有機質、または、金属などの粉末、繊維、チョッ
プトストランドなどを混合することもできる。

〔作用〕 本発明の高密度、高歩留り、高スループツトの高密度配
線板は、大型、または、超高速のスーパーコンピュータ
等の論理素子用のパッケージ、モジュール基板等に有用
である。

〔実施例〕

実施例１　両面回路板の作製 ■両面に銅箔を貼ったポリイミドフィルム（ｐ−）二二
レンジアミンと３．３’　、４．４’　−ビフェニルテ
トラカルボン酸二無水物とを原料とする熱膨張係数が３
　Ｘ　１０−８に−”のポリイミド）に電子ビームで所
定の位置に約２０μｍのスルーホールをあけ、無電解銅
鍍金法で上下の銅箔を導通させた。更に、常法のフォト
リソグラフィーで銅箔をパターニングした。

■アルミニウムで裏打ちした銅箔上に、ｐ−フェニレン
ジアミン、ピロメリト酸二無水物、及び３．３’　、４
．４’　−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を１　
：　０．５　：　０．５のモル比で反応させたポリアミ
ック酸のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）ワニス
を塗布し、水素を２％含んだ窒素ガス中で、１２０℃３
０分、１２０から４００℃へ二時間掛けて昇温し、更に
、４００Ｔ：で十分加熱して片面鋼張り板を作製した。

得られたポリイミドの熱膨張係数は１．６　Ｘ　１０−
６に″１である。

ポリイミド側にドライフィルムレジストを貼り、フォト
リソグラフィー並びにアルカリ性エッチャントで直径約
１０μｍのスルーホールを所定位置にあけ、さらに、金
属箔上にシリコーンゴムを塗布硬化して保護した後、電
解鍍金法でスルーホールのみに選択的に銅を析出させた
。次いで、金属箔上に形成したシリコーンゴムをトルエ
ン中に浸漬して溶解し、裏打ちのアルミニウムをエツチ
ングで除去し、更に、銅箔をフォトリソグラフィでパタ
ーン形成した。最後に、ポリイミド側のスルーホール露
出部に半田ボールを形成して、所望の回路板を作成した
。

■上記のｐ−フェニレンジアミンと３．３′４．４′−
ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とを原料とする熱
膨張係数が３×１０″″８に−１のポリイミドフィルム
上に、電子ビームで所定の位置に約２０μｍのスルーホ
ールをあけ、真空スパッタ法により、先ず、Ｃｒ膜を約
５００人形成し、更に、銅の薄膜を約５μｍ厚に形成し
、表裏の導体金属箔を常法であるフォトリソグラフィで
パターン形成し、更に、スルーホールの部分にスクリー
ン印刷法で導電ペースト層を形成して、所望の両面配線
基板薄膜を作成した。

実施例２　接着フィルムの製作 ■上記のｐ−フェニレンジアミンと３，３′４．４′−
ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とを原料とする熱
膨張係数が３　Ｘ　１０−’Ｋ”−”の厚み２５μｍポ
リイミドフィルムの表裏両面に、約１０μｍ厚に末端メ
タクリル酸エステルの光硬化性シリコーン樹脂膜を形成
した。次いで、所定の位置にエキシマレーザを用いて直
径約５０μｍのスルーホールを形成した。このスルーホ
ールにスクリーン印刷法により導電ペーストを埋込み、
所望の接着フィルムを得た。

■　上記のｐ−フェニレンジアミンと３，３１４．４′
−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とを原料とする
ポリイミドの前駆体、所謂ポリアミック酸にＴｈｅｒｍ
ｉｄ　−ＩＰ　−６００１を固形分にして５０　：　５
０になる様に混合したワニスを作製した。

これをガラス板上にキャストし、１００℃で一時間乾燥
した後、ガラス板から剥離し、更に、減圧下で（０，ｌ
ｍｍＨｇ以下）三十分乾燥した。■と同じ方法で所定の
位置にスルーホールをあけ導電ペーストを埋め込んで所
望の接着フィルムを得た。

膜厚は約２５μｍである。

■■と同じワニスを、銅を蒸着したガラス板上に塗布し
１００℃で一時間、更に減圧下で（０，ｌｍｍＨｇ以下
）三十分乾燥した。この膜上にフォトレジスト（東京応
化製０ＭＲ８３）を約２μｍ塗布パターニング後、ヒド
ラジンとエチレンジアミン（７：　３）の混合液中に浸
漬して所定の位置に直径約１０μｍのスルーホールを形
成した。次いで、銅薄膜を電極とした電解鍍金法でスル
ーホール中に銅の柱を形成した。その後、フィルムをガ
ラス板から剥がし、硫酸と過硫酸アンモンの水溶液中に
浸漬して銅薄膜を除去して、所望の接着フィルムを得た
。

実施例３ 熱膨張係数が６　Ｘ　１０−’に−”のムライト基板上
に、実施例２の■の所定の位置にスルーホールをもつ接
着フィルムを、減圧吸着装置の付いた基板に吸着し、マ
スクアライナを用いて位置合わせして積層し、基板を約
８０℃に加熱して仮止めした。

更に、実施例１の■で作製した両面回路板を同様に位置
合わせして積層し、紫外線ランプで露光して接着した。

更に、この上に同じ操作を繰り返して二層（銅パターン
として四層）の多層配線板を形成し、最後に１５０℃で
五時間加熱して完全に熱硬化させ所望の薄膜多層配線板
を得た。

実施例４ 熱膨張係数が４　Ｘ　１０−ＢＫ−”のＳｉＣ基板上に
。

実施例２の■の所定の位置にスルーホールをもつ接着フ
ィルムを、減圧吸着装置の付いた基板に吸着し、マスク
アライナを用いて位置合わせして積層し、基板を約１５
０℃に加熱して仮止めした。

更に、実施例１の■で作製した両面回路板を同様に位置
合わせして積層し、同様に基板を約１５０℃に加熱して
仮止めして接着した。更に、この上に同じ操作を繰り返
して二層（銅パターンとして四層）の多層配線板とし、
最後に２５０℃で一時間、３５０℃で一時間加熱して裏
金に熱硬化させ所望の薄膜多層配線板を得た。

実施例５ 熱膨張係数が４　Ｘ　１０−６に一’のＳｉＣ基板上に
、実施例２の■の所定の位置にスルーホールをもつ接着
フィルムを、減圧吸着装置の付いた基板に吸着し、マス
クアライナを用いて位置合わせして積層し、基板を約１
５０℃に加熱して仮止めした。

更に、実施例１の■で作製した両面回路板を同様に位置
合わせして積層し、同様に基板を約１５０℃に加熱して
仮止めして接着した。更に、この上に同じ操作を繰り返
して二層（銅パターンとして四層）の多層配線板とし、
最後に２５０℃で一時間、３５０℃で一時間加熱して完
全に熱硬化させ所望の薄膜多層配線板を得た。

〔発明の効果〕

本発明によれば、誘電率の小さな絶縁膜を用いた高速演
算素子などに有効な配線基板が可能になる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．表裏両面に配線パターンが形成され、且つ、配線の
   一部がスルーホールで接続された絶縁性薄葉材料を、所
   定の位置に導電性貫通部をもつ接着性薄葉材料を介して
   、積層することを特徴とする薄膜多層配線基板。
2. ２．表面両面に配線パターンが形成され、且つ、配線の
   一部がスルーホールで接続された絶縁性薄葉材料上に、
   所定の位置に導電性貫通部をもつ接着性薄葉材料を位置
   合わせして積層し、更に両面配線薄葉材料を積層して、
   多層化したことを特徴とする薄膜多層配線基板。
3. ３．前記接着性薄葉材料の熱膨張係数が、１×１０＾−
   ＾５Ｋ＾−＾１以下であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の薄膜多層配線基板。