JPH04338669A - 超小形電子回路パッケージ基板の形成方法及び製造方法 - Google Patents

超小形電子回路パッケージ基板の形成方法及び製造方法

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JPH04338669A
JPH04338669A JP4048174A JP4817492A JPH04338669A JP H04338669 A JPH04338669 A JP H04338669A JP 4048174 A JP4048174 A JP 4048174A JP 4817492 A JP4817492 A JP 4817492A JP H04338669 A JPH04338669 A JP H04338669A
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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、金属コア超小形電子回
路パッケージの製造に関するものである。更に詳細には
、本発明は、例えばポリイミドで密封された銅−インバ
ー−銅(CIC)コアのような、ポリマーで密封された
銅コアを有する超小形電子回路パッケージに関するもの
である。本発明の方法によると、ポリマーを付着させる
前に金属を適切に前処理することによって、金属とポリ
マーとの間の接着性が増大する。この前処理には、金属
コア又は層の銅表面からの酸化銅の除去、及び残存する
酸化銅の熱分解が含まれる。これらの酸化物除去工程の
後、クロム層のような接着層がコア又は層の銅表面上ヘ
スパッタ蒸着される。次に、金属接着層の頂部に高分子
誘電体フィルムが付着される。
【0002】
【従来の技術】”インバー”は、”実質的に膨脹しない
合金”に対する登録商標(Imphy S.A., 1
68 Rue De Rivoli, Paris, 
France)であり、その登録番号は0063970
である。インバーは、約64重量パーセントの鉄と36
重量パーセントのニッケルを含む鉄−ニッケル合金であ
る。
【0003】電子パッケージの一般的構造及び製造プロ
セスは、例えば、Donald P. Seraphi
m、Ronald Lasky、及び Che−Yo 
Liによる「電子パッケージングの原理(Princi
ples of Electronic Packag
ing, McGraw−Hill Book Com
pany, New York, 1988)」、並び
に Rao R.Tummala及び Eugene 
J. Rymaszewskiによる「超小形電子パッ
ケージング・ハンドブック(Microelectro
nic Packaging Handbook, V
an Nostrand Reinhold, New
 York, 1988 )」に記載されている。
【0004】上記の参考文献に記載されているように、
電子回路には、例えば数千又は数百万もの個々の抵抗器
、コンデンサ、インダクタ、ダイオード及びトランジス
タ等、多数の個々の電子回路部品が含まれる。これらの
個々の回路部品は相互接続されて回路を形成し、個々の
回路は更に相互接続されて機能単位を形成する。電力及
び信号はこれらの相互接続を介して分配される。個々の
機能単位は機械的支持及び構造的保護を必要とする。 電気回路は機能するためには電気エネルギが必要であり
、機能し続けるためには熱エネルギが除去されなければ
ならない。チップ、モジュール、回路カード、回路ボー
ド及びこれらの組合せのような超小形電子パッケージは
、回路部品及び回路を保護し、収容し、冷却し、且つ相
互接続するために使用される。
【0005】単一の集積回路内では、回路部品と回路部
品及び回路と回路の相互接続、放熱、並びに機械的保護
は、集積回路チップによって提供される。このチップは
”ゼロ番目”レベルのパッケージングと称され、モジュ
ール内に格納されたチップは第1レベルのパッケージと
称される。
【0006】少なくとも1つのより上のレベルのパッケ
ージングが存在する。第2レベルのパッケージングは回
路カードである。回路カードは少なくとも4つの機能を
実行する。第1に、回路カードが使用されるのは、所望
の機能を実行するのに必要な回路又はビットカウントの
総計が、第1レベルパッケージ即ちチップのビットカウ
ントを越えるからである。第2に、回路カードは、他の
回路素子との信号の相互接続に備える。第3に、第2レ
ベルパッケージ即ち回路カードは、第1レベルパッケー
ジ即ちチップ又はモジュール内への集積が容易でない部
品に対して場所を提供する。これらの部品には、コンデ
ンサ、精密抵抗器、インダクタ、電子機械的スイッチ、
光結合器等が含まれる。第4に、第2レベルパッケージ
は熱管理即ち放熱に備えるものである。プリント回路ボ
ードの1つのタイプは、金属コアプリント回路ボードで
ある。
【0007】金属コアプリント回路ボードについては、
上記「超小形電子パッケージング・ハンドブック」 9
23〜953 頁の Nandakumar G. A
akalu 及び Frank J. Bolda に
よる”被覆金属パッケージング(Coated−Met
al Packaging)”に記載されている。
【0008】ここで使用されるように、金属コアパッケ
ージとも称される被覆金属パッケージは、ポリマーで密
封された導電性金属コアである。回路化即ち個別化は高
分子密封材料の表面で実行され、バイア及びスルーホー
ルが高分子密封材料及び金属コアを貫通する。
【0009】金属コアは銅コアであってもよいし、銅−
インバー−銅コアであってもよい。銅コア及び銅−イン
バー−銅コアは、カード又はボード上に取付けられたデ
バイスからの熱を放散させる。高い熱伝導率によって、
例えばメモリデバイス又は論理デバイス等のデバイスは
低温で作動できるようになる。また金属コアは、パッケ
ージに高い機械強度及び剛性を与える。金属コアによっ
て、基板は大型の重い部品を搭載できるようになると共
に、衝撃、振動、熱及び耐久性が要因となる環境で機能
できるようになる。
【0010】銅−インバー−銅は、その熱特性、電気特
性及び機械特性のために特に望ましいコア材料である。 インバーは、約64重量パーセントの鉄と36重量パー
セントのニッケルを含む鉄−ニッケル合金である。この
組成から外れた組成も可能であるが、64−36合金は
、鉄−ニッケルの2元系合金の中で最も低い熱膨脹率を
有する。その値はおよそ1.5×10−7/℃である。
【0011】銅フィルム間のインバーの積層の制御され
た厚さによって、銅−インバー−銅コアの特性が決定さ
れる。これは、以下の表1に示される。この表は、前述
の「超小形電子パッケージング・ハンドブック」の N
andakumar G. Aakalu 及び Fr
ank J. Bolda による”被覆金属パッケー
ジング”の 932頁の表 13−2 から採用したも
のである。
【0012】
【表1】
【0013】ポリマーコーティングとしては、パーフル
オロカーボン、フェノール、エポキシ又はポリイミド等
がある。例えば、コーティングは、フェノールと紙で例
示されるフェノール−ファイバ複合体である。或いは、
コーティングは、例えばエポキシとガラスファイバ、及
びエポキシとポリパーフルオロカーボンファイバで例示
されるエポキシ−ファイバ複合体であってもよい。また
更に他の代替例によると、コーティングは、ポリイミド
とガラスファイバ、ポリテトラフルオロエチレンとガラ
スファイバ、又はポリイミドとポリパーフルオロカーボ
ンファイバのようなポリイミド−ファイバ複合体であっ
てもよい。
【0014】特に重要なのは、下層金属へのポリマーの
接着性である。例えば、ピロメリト酸二無水物−オキシ
ジアニリン(PMDA−ODA)と、0.002インチ
(0.05ミリメートル)厚のクロムが被覆された銅/
インバー/銅基板との間の剥離強度は、1乃至2グラム
/ミリメートルのオーダーである。剥離するのは、ポリ
イミド−クロム界面である。
【0015】ポリイミドのようなポリマーと銅のような
金属との接着性を改良するために種々のアプローチが使
用されてきた。例えば米国特許第4、902、551号
は、銅上の酸化銅層の存在を認識し、まずアルカリ溶液
中で酸化銅層を形成し、その後酸化銅層を電解除去して
ポリマーと銅との接着を強化している。
【0016】米国特許第3、958、317号では、エ
ポキシ樹脂が接合された銅クロム積層板について記載さ
れている。エポキシ樹脂の接着を促進するために、クロ
ムが部分的にエッチングされている。粗くひび割れたク
ロム表面はエポキシ樹脂の接着を改良すると述べられて
いる。
【0017】米国特許第3、853、961号では、プ
ラスチックを銅へ積層して変色のないコーティングを提
供している。銅基板を酸化して酸化膜を形成した後、リ
ン酸塩と反応させてガラス質のリン酸銅コーティングを
形成する。このコーティングへポリマーが積層される。
【0018】米国特許第4、524、089号及び第4
、588、641号では、銅基板上へ高分子フィルムを
コーティングする方法が記載されている。この方法は、
多段階マルチプラズマプロセスである。記載されている
ように、基板を酸素プラズマへさらした後、炭化水素モ
ノマーガス・プラズマへさらす。最後に他の酸素プラズ
マを行うものである。
【0019】米国特許第4、416、725号に記載さ
れている銅表面のコーティング方法では、銅表面をチャ
ンバ内に置いて、チャンバにヨウ素蒸気を注入し、ヨウ
素プラズマを形成してヨウ化銅フィルムを形成する。次
にヨウ化銅フィルムはきめが出される。これは、ポリイ
ミド、ポリエステル及びポリメタクリル酸メチル等のコ
ーティングと銅との接着性を改良すると報告されている
【0020】銅/インバー/銅本体の銅表面のような銅
に対するポリイミドの接着性を改良する他の技法として
は、クロム薄膜接着層のような薄膜金属接着層を銅へ付
与する方法がある。また更に、他の技法には、酸素含有
又は形成プラズマによる処理、応力緩和、並びに化学的
前処理等が含まれる。これらの手段にもかかわらず、得
られた金属−ポリイミドの接着力は、1乃至2グラム/
ミリメートルでしかない。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】本発明の1つの目的は
、高密度の金属コアカード及びボードを提供することで
ある。
【0022】本発明のもう1つの目的は、金属コアと高
分子密封材料との間の高い接着性を提供することである
【0023】更に本発明の目的は、追加の工程数が最小
のプロセスでこの接着性を提供することである。
【0024】
【課題を解決するための手段及び作用】これら及び他の
目的は、本発明の超小形電子回路パッケージの製造方法
によって達成される。この製造方法は、例えば銅−イン
バー−銅コア等の銅コアで形成された少なくとも1つの
層を有すると共に、その少なくとも1つの表面に高分子
誘電体フィルムを有する金属コア超電子パッケージを製
造するのに有用である。
【0025】本発明の方法によると、金属層又はコアを
有する基板が提供される。層又はコアは、銅コア、もし
くは銅−インバー−銅積層板コア又は層等である。金属
コア又は層は、少なくとも1つの側に、銅表面、膜、層
又は部材と、高分子誘電体フィルムとを有する。
【0026】クロム層、もしくはニッケル−クロム又は
ニッケル−銅の2重層のような金属接着層は、銅と高分
子誘電体との間で銅の上に提供されるのが典型的である
。従って、銅−インバー−銅コアを有するパッケージの
場合、フィルム又は金属接着層は、銅−インバー−銅層
と高分子誘電体との間に提供される。
【0027】本発明の方法は、コア又は層の銅表面、即
ち銅−インバー−銅コア又は層の銅表面から酸化銅を除
去する工程を含む。この酸化銅は、種々の製造工程及び
銅−インバー−銅の積層プロセスに付随するものである
【0028】次の工程では、例えば銅−インバー−銅コ
ア又は層等の金属コア又は層の銅表面上へ、金属接着層
のスパッタ蒸着を行う。この金属接着層は典型的には、
クロム層、銅−クロム、又はニッケル−クロムの2重層
である。金属接着層は、金属コア又は層の銅表面上へ少
なくとも約300オングストローム厚のクロム等がスパ
ッタ蒸着されるのが典型的である。
【0029】接着層がスパッタされる銅表面は、銅−イ
ンバー−銅積層板の銅であってもよいし、銅コア又は層
の表面であってもよい。あるいは、本発明の特に好まし
い実施例によると、銅層は、銅−インバー−銅積層板の
頂部に、例えばスパッタ蒸着等によって付着された層で
ある。この実施例によると、銅は、少なくとも約100
0オングストロームの厚さへスパッタ蒸着され、クロム
は、スパッタ蒸着された銅の頂部にスパッタ蒸着される
【0030】次の工程では、金属接着層の頂部に高分子
誘電体フィルムが付与される。高分子誘電体は典型的に
は、適切な特性を有するポリイミドである。ポリイミド
の1つの好ましいクラスは付加生成物である。何故なら
ば、これは水を放出しないからである。付加ポリイミド
の好ましいクラスは、ビス−マレイミドとメチレンジア
ニリンとの付加反応生成物である。
【0031】本発明は高密度金属コアカード及びボード
を提供する。このカード及びボードの特徴は、金属コア
と高分子密封材料との間の高い接着力である。更に、本
発明の方法は、追加の工程数が最小であると共に、汚染
物も最小である。
【0032】
【実施例】本発明の方法は図1のフローチャートに示さ
れており、それによって準備された電子回路パッケージ
は図2に示されている。図1は、一対の高分子誘電体フ
ィルム間に密封された金属コアで形成された少なくとも
1つの層を有する金属コア超小形電子パッケージを製造
するのに有用な超小形電子回路パッケージの製造方法を
示している。このように製造されたパッケージの高分子
コーティング−金属間の剥離強度は、先行技術の2グラ
ム/ミリメートルを上回り、例えば70又は100グラ
ム/ミリメートル、もしくはそれ以上である。
【0033】本発明の製造方法は、添付の図1のフロー
チャートに示されている。本発明の方法によると、金属
層又はコアが提供される。これはフローチャートのブロ
ック(1)に示されている。層又はコアは、銅コア、も
しくは銅−インバー−銅積層板コア又は層である。
【0034】本発明の方法には、コア又は層の銅表面か
ら、即ち銅−インバー−銅コア又は層の銅表面から酸化
銅を除去する工程が含まれる。この酸化銅は、種々の製
造工程及び銅−インバー−銅の積層プロセスに付随する
ものである。酸化物の除去は、フローチャートのブロッ
ク(2)及び(3)に示される。ブロック(2)は、酸
化物の化学的な除去を示す。これは、”光沢浸漬”と称
されるものであり、例えば10%硫酸水等の酸化性の酸
の中で洗浄した後、脱イオン水で2回洗浄し、イソプロ
ピルアルコール等の有機溶媒で2回洗浄して、窒素中で
加熱乾燥する。
【0035】酸化物除去の第2の部分は、フローチャー
トのブロック(3)に示される。これは真空下での加熱
を伴う。例えば、10−7乃至10−6トルより低い圧
力で加熱する。温度は一般に少なくとも約400℃であ
り、好ましくは約380℃から約420℃である。加熱
時間は温度によって異なり、一般には、400℃で少な
くとも約1.5時間である。
【0036】次の工程では、例えば銅−インバー−銅コ
ア又は層等の金属コア又は層の銅表面上へ金属接着層を
スパッタ蒸着する。この工程は、フローチャートのブロ
ック(4)にクロムとして示されているが、その代わり
に、ニッケル−クロム、銅−クロム又は銅(基板から外
側に)であってもよい。金属接着層は、クロム層である
のが典型的である。典型的な金属接着層は、金属コア又
は層の銅表面上へ少なくとも約300オングストローム
厚のクロムがスパッタ蒸着される。
【0037】接着層がスパッタされる銅表面は、銅−イ
ンバー−銅積層板の銅であってもよいし、銅コア又は層
の表面であってもよい。あるいは、本発明の特に好まし
い実施例によると、銅層は、銅−インバー−銅積層板又
は銅コアの頂部に例えばスパッタ蒸着等によって付着さ
れた層であってもよい。この実施例によると、フローチ
ャートのブロック(4’)に示される工程を組み込んで
、銅は少なくとも約1000オングストロームの厚さに
スパッタ蒸着され、クロム又は他の接着層材料はスパッ
タ蒸着された銅の頂部にスパッタ蒸着される。
【0038】次の工程では、金属接着層の頂部に高分子
誘電体フィルムを付着させる。この工程はフローチャー
トのブロック(5)に示される。高分子誘電体は典型的
にはポリイミドである。ポリイミドの1つの好ましいク
ラスは付加生成物である。何故ならば、これは水を放出
しないからである。付加ポリイミドの好ましいクラスは
、ビス−マレイミドとメチレンジアニリンとの付加反応
生成物である。
【0039】本発明の方法によって準備される高密度金
属コアパッケージは、図2に示されている。金属コア回
路パッケージ1は、一対の高分子層21によって密封さ
れた金属コア11を有する。高分子層は、スルーホール
41を含む表面の回路構成31を支持する。スルーホー
ルの特徴は誘電体の有効範囲であり、これによって、高
い表面回路構成密度、即ち、1平方センチメートル当り
10以上のバイア及び/又はスルーホール、0.8ミリ
メートルより小さいめっきスルーホール直径及びバイア
直径が可能になる。特に、めっきスルーホール直径及び
バイア直径は、表面回路構成密度に付随して、例えば0
.25ミリメートル以下の表面回路構成の線幅に対応す
る高配線密度の表面回路構成に適応させることができる
【0040】注意すべきことは、図面に示される金属コ
アパッケージ1は2面金属コア回路パッケージであり、
パッケージ1の両面の表面回路構成31、31′を金属
コア11を短絡することなく接続するめっきスルーホー
ルを有する。
【0041】本発明は高密度の金属コアカード及びボー
ドを提供する。カード及びボードの特徴は、金属コアと
高分子密封材料との間の高い接着性である。更に、本発
明の方法は、追加工程数が最小であると共に、汚染物も
最小である。
【0042】本発明は以下の例を参照することによって
理解されるであろう。
【0043】例 高分子コーティングの接着性について、銅−インバー−
銅フィルムの酸化物を削減する前処理の結果を比較する
ために一連のテストを実行した。各テストにおいて、2
ミル(0.05ミリメートル)厚の銅−インバー−銅箔
を硫酸の10%水溶液に室温で浸漬し、室温で脱イオン
水で2回洗浄し、室温でイソプロピルアルコールで2回
洗浄した。
【0044】次に、銅−インバー−銅箔を10−7乃至
10−6トル真空下400℃で1時間半加熱した。そし
て、金属コーティングを銅−インバー−銅箔上へ以下の
ようにスパッタした。
【0045】1.1000オングストロームのCu(サ
ンプル1及び2) 2.  300オングストロームのCr(サンプル1、
2、及び3) 3.  200オングストロームのCu(サンプル1)
【0046】銅−インバー−銅箔頂部の金属接着層へビ
スマレイミド−メチレンジアニリン付加反応生成ポリイ
ミドを付着させた。
【0047】次に、インストロン試験機で積層板の剥離
強度テストを行った。得られた結果は以下の通りである
【0048】
【表2】
【0049】剥離強度のこれらの値は、先行技術の積層
板で報告されている値、2.0グラム/ミリメートルよ
りかなり高いものである。
【0050】
【発明の効果】上記に説明したように、本発明の方法に
よって、金属コアと高分子密封材料との間の接着力が高
い高密度金属コアパッケージを得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法のフローチャートである。
【図2】本発明の方法に従って製造された金属コアパッ
ケージの斜視部分切取図である。
【符号の説明】
1    金属コア回路パッケージ 11    金属コア 21    高分子層 31、31a    表面回路構成 41    スルーホール

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  少なくとも1つの側面に高分子誘電体
    フィルムを有すると共にそのフィルムとの間に金属接着
    層が挟まれた銅層を含む超小形電子回路パッケージ用の
    基板を形成する方法であって、銅層の表面から酸化銅を
    除去する工程と、銅層の銅表面上へ金属接着層をスパッ
    タ蒸着する工程と、金属接着層の頂部に高分子誘電体フ
    ィルムを付着する工程と、を含む超小形電子回路パッケ
    ージ基板の形成方法。
  2. 【請求項2】  前記金属接着層はクロム層である請求
    項1記載の超小形電子回路パッケージ基板の形成方法。
  3. 【請求項3】  前記銅層は銅−インバー−銅積層板の
    層である請求項1記載の超小形電子回路パッケージ基板
    の形成方法。
  4. 【請求項4】  前記高分子誘電体はポリイミドである
    請求項1記載の超小形電子回路パッケージ基板の形成方
    法。
  5. 【請求項5】  銅表面を硫酸と接触させ、表面を水洗
    した後、表面を有機溶媒と接触させることによって、酸
    化銅を除去することを含む請求項1記載の超小形電子回
    路パッケージ基板の形成方法。
  6. 【請求項6】  酸素が実質的に存在しない状態で、銅
    を加熱することによって酸化銅を除去することを含む請
    求項1記載の超小形電子回路パッケージ基板の形成方法
  7. 【請求項7】  少なくとも1つの側面にポリイミド誘
    電体フィルムを有すると共にそのフィルムとの間にクロ
    ム接着層が挟まれた銅−インバー−銅層を含む超小形電
    子回路パッケージ用の基板を製造する方法であって、銅
    −インバー−銅層の表面から酸化銅を除去する工程と、
    銅−インバー−銅層の銅表面上へクロム接着層をスパッ
    タ蒸着する工程と、クロム接着層の頂部にポリイミドフ
    ィルムを付着する工程と、を含む超小形電子回路パッケ
    ージ基板の製造方法。
  8. 【請求項8】  銅−インバー−銅層の銅表面上へ少な
    くとも約300オングストロームのクロムをスパッタ蒸
    着することを含む請求項7記載の超小形電子回路パッケ
    ージ基板の製造方法。
  9. 【請求項9】  少なくとも1つの側面にポリイミド誘
    電体フィルムを有すると共にそのフィルムとの間にクロ
    ム接着層が挟まれた銅−インバー−銅層を含む超小形電
    子回路パッケージ用の基板を製造する方法であって、銅
    −インバー−銅層の表面から酸化銅を除去する工程と、
    銅−インバー−銅層の表面の頂部へ銅フィルムをスパッ
    タ蒸着する工程と、銅−インバー−銅層の銅表面上へク
    ロム接着層をスパッタ蒸着する工程と、クロム接着層の
    頂部にポリイミドフィルムを付着する工程と、を含む超
    小形電子回路パッケージ基板の製造方法。
  10. 【請求項10】  1000オングストローム厚の銅を
    スパッタ蒸着した後に、スパッタ蒸着銅の頂部にクロム
    をスパッタ蒸着することを含む請求項9記載の超小形電
    子回路パッケージ基板の製造方法。
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