JPH04312999A - ポリイミド多層配線基板およびその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミック基板または
硬質有機樹脂基板上に層間絶縁としてポリイミド樹脂を
採用した多層配線層を有するポリイミド多層配線基板の
構造および製造方法に関する。

【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、銅張り積層板をコア材に、プ
リプレグをコア材の接着剤として構成され、コア材とプ
リプレグを交互に積層し熱プレスを使用して一体化する
。積層板間の電気的的接続はコア材とプリプレグを一体
化した後、ドリルによって貫通スルーホールを形成し、
貫通スルーホール内壁を銅メッキすることによって行わ
れる。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採用した
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、この塗布膜にヴァイ
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
っていた。また、上述したポリイミド・セラミック多層
配線基板の形成方法とは別にポリイミドシート上に配線
パターンを形成し、そのシートをセラミック基板上に位
置合わせを行って順次、加圧積層を行い多層配線基板の
形成を行う方法もある。この方法は、信号層をシート単
位で形成するため、欠陥のないシートを選別して積層す
る事が可能となり、上述した逐次積層方法よりも製造歩
留をあげることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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うため、微細な貫通スルーホ
ールの形成は不可能であり、このためスルーホール間に
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事が困難になってく
るという欠点がある。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、ヴァイホールの形成、およ
びキュアの各工程を繰り返し行う必要がある。このため
、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、このためにポリイミド樹脂が劣化してい
くという欠点がある。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の向上が困難である
。また、製造歩留を向上させる方法として開発されたシ
ート単位の積層方式も、１層ずつ順次加圧積層を行うた
め、高多層になるほど下層部分のポリイミド樹脂間スト
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。 本発明は上述した点に鑑みなされたものであり、その目
的は高配線密度でかつ製造歩留の向上および製造日数の
短縮を図ったポリイミド多層配線基板を提供する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係るポリイミド多層配線基板は複数の配線
層の積層体を一つのブロックとしてこのブロックを複数
個積層した積層構造とし、各ブロック間の電気的接続は
各ブロックの積層体の表面上に形成された金属バンプと
、貴金属ポリイミドプールの接着により行うようにした
ものであり、その製造方法として、各ブロックの接合面
の少なくともどちらか一方にガラス転移点を有するポリ
イミド樹脂を使用し、各ブロックの接合をポリイミド樹
脂の自己接着性で接着し、同時に貴金属ポリイミドプー
ルの貴金属と金属バンプとを接着して積層体間を電気的
に接続したものであり、また別の製造方法として、各ブ
ロック間の接合面に溶融硬化型または溶融型接着剤を使
用し、各ブロックの接合をこの溶融硬化型または溶融型
接着剤で接着し、同時に貴金属ポリイミドプールの貴金
属と金属バンプとを接着して積層構造体間を電気的に接
続したものである。

【０００５】

【作用】本発明に係るポリイミド多層配線基板において
は、複数の配線層の積層体を一つのブロックとしこのブ
ロックを複数個積層した積層構造としたので、各ブロッ
クを並行して製造できると同時に各ブロック単位の製造
精度は向上し、また各ブロック間の電気的接続は金属バ
ンプと、貴金属ポリイミドプールの接着で行うようにし
たものであり、酸化や腐食が起こりにくい。また、各ブ
ロック間の接合をガラス転移点を有するポリイミド樹脂
の自己接着性で、あるいは溶融硬化型接着剤または溶融
型接着剤で行うものであり、一定の加圧・加熱を与える
事により、接着が行える。

【０００６】

【実施例】以下、図面にもとずき本発明を詳細に説明す
る。図１は本発明の第１の実施例で、ポリイミド多層配
線基板の構造を示す断面図である。同図において、ポリ
イミド多層配線基板は、配線層間絶縁厚２０μｍ、信号
線幅２５μｍ、信号線膜幅１０μｍであり、ポリイミド
樹脂にはガラス点を有するポリイミドを配線金属には金
を使用している。ポリイミド多層配線層の第１のブロッ
ク１は接地および接続配線層３、１組の信号配線層７、
８および金のバンプ１０とからなる。ポリイミド多層配
線層の第２のブロック１２は１組の接地および接続配線
層１６、２４、１組の信号配線層２０、２４および金ポ
リイミドプール２７とからなる。第１のブロック１と第
２のブロック１２とはセラミック基板１５上にブロック
積層されておりブロック同士はガラス転移点を有するポ
リイミド４、２６で接着されている。そして、各ブロッ
クの電気的な接続は金ポリイミドプール２７と金のバン
プ１０で接続されている。

【０００７】第１のブロック１の上には第１のブロック
１が数ブロック積層されており、これらブロック１は前
述した方法と同様にブロック同士はガラス転移点を有す
るポリイミドで接着され、各ブロックの電気的な接続は
金ポリイミドプールと金のバンプで接続されて、ポリイ
ミド多層配線基板を構成している。ここで、金ポリイミ
ドプールは５０〜５００μｍ角、深さ１０〜１００μｍ
のヴィアホールに粘度が８０〜１２０ＫＣＰＳで、シー
ト抵抗２５〜３０ｍΩ（金含有率８０〜９５ＷＴ％）の
金ポリイミドが埋められており、金バンプは２５〜３０
０μｍ角、１０〜５０μｍの厚みで形成されている。そ
して、最上層にはＬＳＩを搭載するためのＬＳＩ接続用
パッド３３が形成されている。

【０００８】図２は本発明の第２の実施例を示すもので
あり、上述した第１の実施例ではセラミック基板１５上
にポリイミド多層配線層を形成したが、本実施例におい
ては、セラミック基板１５の代わりに硬質有機樹脂基板
、例えば、ポリイミド樹脂の成形基板４０を使用してい
る。この場合の入出力ピン４１は、ポリイミド樹脂の成
形基板４０に貫通スルーホールを形成し打ち込んでいる
。このポリイミド樹脂の成形基板４０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４０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。

【０００９】図３は図１に示したポリイミド多層配線基
板の製造工程を示す図である。同図において、まず、ポ
リイミド多層配線層の第１のブロック１の形成方法を工
程（ａ）から工程（ｅ）にしたがって説明する。工程（
ａ）において、アルミニウムの平坦な板（以下アルミニ
ウム平板と称する）２上にフォトレジストを用いたフォ
トリソグラフィでパターン化し、電解金メッキを行い接
地および接続配線層３を形成する。工程（ｂ）において
、感光性ポリイミドワニス４をアルミニウム平板２上に
塗布し、露光・現像を行い所定の位置にヴィアホール５
を形成し、キュアを行う。

【００１０】工程（ｃ）において、一組の信号配線層６
、７を層間絶縁に感光性ポリイミド８を使用して形成す
る。工程（ｄ）において、第２信号配線層７上にポリイ
ミドワニス４を塗布し、露光・現像を行い所定の位置に
ヴィアホール９を形成し、キュアを行う。工程（ｅ）に
おいて、工程（ｄ）で必要総数を形成した多層配線層の
最上層に、工程（ｆ）以降で形成す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を形成する。バン
プ１０はフォトレジストを使用したフォトリソグラフィ
ーでパターン化し、電解金メッキで形成する。メッキ厚
は金１０μｍである。

【００１１】次に、上述した第１のブロック１とは別の
第２のブロック１２の形成方法を工程（ｆ）から工程（
ｌ）にしたがって説明する。工程（ｆ）において、信号
入出力ピンおよび電源ピン１４が裏面にあるセラミック
基板１５上にフォトレジストを用いたフォトリソグラフ
ィーでパターン化し、電解金メッキを行い第１の接地お
よび接続配線層１６を形成する。工程（ｇ）において、
感光性ポリイミドワニス４をセラミック基板１５上に塗
布し、露光・現像を行い所定の位置にヴィアホール１８
を形成し、キュアを行う。工程（ｈ）において一組の信
号配線層１９、２０を層間絶縁に感光性ポリイミド２１
を使用して形成する。

【００１２】工程（ｉ）において、感光性ポリイミドワ
ニス２２を信号配線２０上に塗布し、露光・現像を行い
所定の位置にヴィアホール２３を形成し、キュアを行う
。工程（ｊ）において、第２の接地および接続配線層２
４をポリイミド層２２上に形成する。工程（ｋ）におい
て、第２の接地および接続配線層２４の上にヴィアホー
ル２５が形成されたポリイミド層２６を形成する。工程
（ｌ）において、ポリイミド層２６上に金ポリイミドプ
ール２７を形成する。金ポリイミドプール２７はフォト
レジストを使用したフォトリソグラフィーでパターン化
し、フォトレジストをマスクとして埋込み印刷で形成す
る。

【００１３】工程（ｍ）において、工程（ａ）から工程
（ｅ）で形成したアルミニウム平板２上に形成した接続
用金属バンプ１０を有するポリイミド多層配線層の第１
のブロック１と、工程（ｆ）から工程（ｌ）で形成した
セラミック基板１５上に形成した金ポリイミドプール２
７を有するポリイミド多層配線層の第２のブロック１２
を位置合わせ後重ね合わせ、加圧およびポリイミド樹脂
のガラス転移点を越える温度まで加熱を行い、互いのポ
リイミド膜を接着し固定する。この時、金ポリイミドプ
ール２７の金と、金属バンプ１０と接合し、二つの積層
構造体１および１２が電気的に接続する。加圧および加
熱方法は以下の通りである。加圧・加熱はオートクレー
ブ型真空プレス装置を使用し、加圧気体は窒素ガスを使
用し、加圧は基板温度２５０℃までは３ｋｇ／ｃｍ２、
基板温度２５０℃から３５０℃までは１４ｋｇ／ｃｍ２
で行う。 この時、基板はプラテン上に置かれポリイミドフィルム
を用いて密封して、内部を真空状態にする。

【００１４】工程（ｎ）において、１６％塩酸水溶液に
接着済みの積層構造体１および１２を浸漬し、アルミニ
ウム平板２を溶解除去する。工程（ｏ）において、工程
（ｎ）で新たに露出した工程（ａ）で形成した接地およ
び接続配線層３上に感光ポリイミド２８を塗布し、露光
・現像を行い所定に位置にヴィアホール２９を形成し、
キュアを行う。工程（ｐ）において、ポリイミド層２８
上に金ポリイミドプール３０を形成する。工程（ｑ）に
おいて、工程（ａ）から工程（ｐ）で形成したポリイミ
ド配線層積層体３１上に、工程（ａ）から工程（ｅ）で
形成した別のポリイミド配線層３２を工程（ｍ）から工
程（ｐ）までの方法で積層一体化する。工程（ｒ）にお
いて、設計した配線総数になるまで工程（ｑ）を繰り返
す。

【００１５】工程（ｓ）において、最後に、多層配線基
板とＬＳＩチップの配線とを接続する接続電極層３３を
形成する。この工程（ｓ）は工程（ｒ）において、工程
（ｍ）から工程（ｏ）を行い、次に工程（ｏ）で形成し
たポリイミド層２８上にＬＳＩチップが封入されたチッ
プキャリアにバンプと半田接続を行う接続電極パッド３
３を形成する。この時、ＬＳＩチップキャリアのバンプ
と接続電極パッドをつなぐ半田には錫鉛半田を使用し、
接続電極パッド３３は錫鉛半田喰われのない銅メッキで
形成する。なお、上述した第１の実施例では、セラミッ
ク基板１５上のポリイミド表面２６に金ポリイミドプー
ル２７をアルミニウム平板２上のポリイミド表面４に金
属バンプ１０を形成したが、これに限定されることはな
く、セラミック基板１５上に金属バンプ１０をアルミニ
ウム平板２上に金ポリイミドプール２７を形成してもよ
い。また、金属配線材料として銅などの低抵抗金属を使
用してもよい。

【００１６】図４は図１に示したポリイミド多層配線基
板の製造方法の第２の実施例の製造工程を図示したもの
である。本実施例のポリイミド多層配線基板は、配線層
絶縁厚２０μｍ、信号線幅２５μｍ、信号線膜厚１０μ
ｍであり、ポリイミド樹脂にはガラス転移点がない低熱
膨張率感光性ポリイミドを、接着剤には溶融硬化型であ
るマレイミド樹脂を、配線金属には銅を使用している。 同図において、工程（ａ）から工程（ｅ）で示すポリイ
ミド多層配線層の第１のブロック１の形成方法は図３で
示した工程（ａ）から工程（ｅ）で示した形成方法と同
一なので説明は省略する。工程（ｆ）において、工程（
ｅ）で形成した多層配線層の最上層４に、マレイミド樹
脂ワニス３５を塗布し、熱循環オーブンで乾燥する。 工程（ｇ）において、バンプ１０上にのっているマレイ
ミド樹脂３５を除去する。除去工程は以下の通りである
。すなわち、フォトレジストを使用したフォトレソグラ
フィー工程およびスパッタによる銅薄膜形成工程を用い
たリフトオフ法でバンプ１０上以外のマレイミド樹脂３
５上に銅薄膜層を０．５μｍ形成し、次に酸素ガスを用
いたプラズマエッチング処理で露出しているマレイミド
樹脂３５を除去し、接続用バンプ１０を露出させ、次に
ウェットエッチング法でマレイミド樹脂３５上の銅薄膜
を除去する。

【００１７】工程（ｈ）から工程（ｍ）で示すポリイミ
ド多層配線層の第２のブロック１２の形成方法は図３で
示した工程（ｆ）から工程（ｌ）で示した形成方法と同
一なので説明は省略する。工程（ｎ）において、工程（
ｍ）で形成したポリイミド層２８上に銅ポリイミドプー
ル３７を形成する。銅ポリイミドプール３７はフォトレ
ジストを使用したフォトリソグラフィーでパターン化し
、フォトレジストをマスクとして埋込み印刷で形成する
。なお、この第２の実施例で使用する銅ポリイミドのポ
リイミドワニスは、イミド化されたポリマーをワニス化
した低温度処理型の全芳香族ポリイミドワニスである。

【００１８】工程（ｏ）において、工程（ａ）から工程
（ｇ）で形成したアルミニウム平板２上の接続用金属バ
ンプ１０とマレイミド樹脂接着層３５を有するポリイミ
ド多層配線層の第１のブロック１と、工程（ｈ）から工
程（ｎ）で形成したセラミック基板１５上の銅ポリイミ
ドプール３７を有するポリイミド多層配線層の第２のブ
ロック１２との位置合わせを行った後重ね合わせ、加圧
およびマレイミド樹脂の流動温度まで加熱を行い、互い
のポリイミド多層配線層のブロック１および１２を接着
し固定する。この時、銅ポリイミドプール３７の銅と、
金属バンプ１０と接合し、二つの積層構造体１および１
２が電気的に接続する。加圧および加熱方法は以下の通
りである。加圧・加熱はオートクレーブ型真空プレス装
置を使用し、加圧気体は窒素ガスを使用し、加圧は基板
温度１３０℃までは３ｋｇ／ｃｍ２、基板温度１３０℃
から１８０℃までは１４ｋｇ／ｃｍ２で行う。この時、
基板はプラテン上に置かれポリイミドフィルムを用いて
密封して、内部を真空状態にする。

【００１９】工程（ｐ）において、１６％塩酸水溶液に
接着済みブロック１および１２を浸漬し、アルミニウム
平板２を溶解除去する。工程（ｑ）において、工程（ｐ
）で新たに露出した工程（ａ）で形成した接地および接
続配線層上に感光ポリイミドを塗布し、露光・現像を行
い所定に位置にヴィアホールを形成し、キュアを行う。 工程（ｒ）において、工程（ｑ）で形成したポリイミド
層上に銅ポリイミドプールを形成する。工程（ｓ）にお
いて、工程（ａ）から工程（ｒ）で形成したポリイミド
配線層積層体上に、工程（ａ）から工程（ｇ）で形成し
た別のポリイミド配線層を工程（ｏ）から工程（ｒ）ま
での方法で積層一体化工程を繰り返し、最後に、多層配
線基板とＬＳＩチップの配線とを接続する接続電極層３
３を形成する。

【００２０】なお、接着剤には本実施例で使用した溶融
硬化型のマレイミド樹脂の他に、溶融型のフッ素系フィ
ルム、例えばＰＦＡ（フッ化エチレンとパーフルオロア
ルキルバーフルオロビニルエーテル共重合体）などが使
用できる。また、本実施例では、金および銅ポリイミド
を接続用プールに使用したが、貴金属であればよく、銀
ポリイミドおよび銀パラジウムポリイミドも使用できる
。また、本実施例では、接着する二つのポリイミド多層
配線層のうちの一方の表面にのみ接着剤を塗布したが、
両方の表面層に接着剤を塗布し接着面の凹凸の影響を軽
減することも可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るポリイ
ミド多層配線基板は、複数の配線層の積層体を一つのブ
ロックとし、このブロックを複数個積層した積層構造と
したので、各々のブロックを並行して製造でき、このた
めに製造日数の大幅な短縮が図れるとともに、ポリイミ
ド樹脂にかかるキュア工程の熱ストレスが各ブロック毎
に分散されるため、製造工程で生じていたポリイミド樹
脂の劣化を最小限にとどめることができる。また各ブロ
ックの製造精度を高めることができて高多層高配線密度
のポリイミド多層配線基板が得られる。　　また、各々
のブロック間の電気的接続を金属材料として、金、銀、
パラジウムなどの貴金属でおこなうことにより、酸化、
腐食などが起こりにくく、信頼性の高い接続が維持でき
る。さらに接続部の電気抵抗も実使用上問題のないレベ
ルまで下げる事ができる。さらには、各ブロック間の接
合をガラス転移点を有するポリイミド樹脂の自己接着あ
るいは溶融硬化型接着剤または溶融型接着剤で行うよう
にしたので、加圧条件を緩和でき、このために製造工程
におけるストレスが発生せず、歩留の向上につながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るポリイミド多層配線基板の断面図
である。

【図２】本発明に係るポリイミド多層配線基板の第２の
実施例の断面図である。

【図３】図１のポリイミド多層配線基板の製造工程を示
す。

【図４】図１のポリイミド多層配線基板の製造工程の第
２の実施例を示す。

【符号の説明】

１　　　　ポリイミド多層配線層の第１のブロック２　
　　　アルミニウム平板 ４　　　　ガラス転移点を有するポリイミド樹脂１０　
　　　バンプ １２　　　　ポリイミド多層配線層の第２のブロック２
７　　　　金ポリイミドプール ３５　　　　マレイミド樹脂

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板上にポリイミド多層配線層を有す
   る多層配線基板であって、前記ポリイミド多層配線層は
   、複数の配線層の積層体を一つのブロックとし、このブ
   ロックを複数個積層した積層構造で構成し、各ブロック
   間の電気的接続を各ブロックの積層体の表面上に形成し
   た金属バンプと、貴金属粒子とポリイミドワニスの混合
   物（以下貴金属ポリイミドと称す）プールとの接着で行
   ったことを特徴とするポリイミド多層配線基板。
2. 【請求項２】　　特許請求の範囲第１項記載のポリイミ
   ド多層配線基板において、各ブロック間の接合面の少な
   くともどちらか一方にガラス転移点を有するポリイミド
   樹脂を使用し、各ブロックの接合をポリイミド樹脂の自
   己接着性で接着し、同時に貴金属ポリイミドプールの貴
   金属と金属バンプとを接着して積層体間を電気的に接続
   したことを特徴とするポリイミド多層配線基板の製造方
   法。
3. 【請求項３】　　特許請求の範囲第１項記載のポリイミ
   ド多層配線基板において、各ブロック間の接合面に溶融
   硬化型または溶融型接着剤を使用し、各ブロックの接合
   をこの溶融硬化型または溶融型接着剤で接着し、同時に
   貴金属ポリイミドプールの貴金属と金属バンプとを接着
   して積層構造体間を電気的に接続したことを特徴とする
   ポリイミド多層配線基板の製造方法。