JPH0637206A

JPH0637206A - 薄膜多層基板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0637206A
Application number: JP18939792A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Shibata; 和義柴田; Takeshi Matsukane; 勇志松金
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1992-07-16
Filing date: 1992-07-16
Publication date: 1994-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】低コスト的で基板を得ることができるととも
に、信頼性の高い導体層を得ることができる薄膜多層基
板およびその製造方法を提供する。【構成】セラミックス基板１上に導体層２を形成する
工程と、導体層を形成したセラミックス基板１に、有機
物３、４からなり２層以上に構成したフィルムを加圧加
熱積層して絶縁層５を形成する工程を実施することによ
り、セラミックス基板１上に導体層２および絶縁層５が
形成されており、この絶縁層５が有機物からなる２層以
上の層から薄膜多層基板を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス基板上に
導体層および絶縁層を形成してなる薄膜多層基板および
その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜多層基板は、導体層と絶縁層
を交互に形成して作られるが、その絶縁層は、導体層を
形成したセラミックス基板に、例えばポリイミド前駆体
ワニスを塗布・乾燥後キュアしてポリイミド樹脂とした
後に、しかるべき方法、例えばＲＩＥ法や湿式エッチン
グ法などによって、ポリイミド樹脂の所定位置にビアホ
ールを設けることにより形成されていた。また、工程を
簡単にするために、感光性ポリイミドを使用し、ビアホ
ールを形成することも行われていた。

【０００３】一方、乾燥したポリイミド前駆体の上下に
金めっきされた導体層を形成した後、予め金スズめっき
が施してあるセラミックス基板上に加熱圧着することに
よって導体層間の電気的接続を取るとともに、ポリイミ
ド前駆体のキュアを行うといった方法も知られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した絶縁層の形成
方法のうち前者の方法では、ポリイミド前駆体がポリイ
ミドに変化する際に水分を発生するため、銅などの金属
の上にポリイミドからなる絶縁層を形成しようとする
と、絶縁層とセラミックス基板との間の密着が弱かった
り、ポリイミドが変質する等の問題があった。また、導
体層を設けたセラミックス基板へのポリイミド前駆体ワ
ニスの塗布から絶縁層へのビアホールの形成までに多く
の工程を経なければならず、非常に手間がかかるととも
に、多くの装置を必要とするためコスト的に不利となる
問題があった。

【０００５】一方、前者の方法で工程を簡単にするため
感光性ポリイミドを使用する場合は、感光性ポリイミド
は高価であるため、やはりコスト的に不利となる問題が
あった。さらに、従来のビアホールの形成法、例えばＲ
ＩＥ法、感光性ポリイミド法、湿式エッチング法などで
は、露光・現像工程を含むためゴミの付着や混入などに
より絶縁層にピンホールが発生し、その結果製品として
の歩留まりが低下するという問題があった。

【０００６】また、後者の絶縁層の製造方法では、金及
び金スズめっきを用いているためコスト的に不利となる
とともに、例えばポリイミド前駆体の下側の金導体層と
セラミックス基板上の金スズめっき層とを接触させて電
気的接続を行っているため、配線密度の点で不利となる
問題があった。

【０００７】本発明の目的は上述した課題を解決して、
低コスト的で基板を得ることができるとともに、信頼性
の高い導体層を得ることができる薄膜多層基板およびそ
の製造方法を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜多層基板
は、セラミックス基板上に導体層および絶縁層が形成さ
れており、この絶縁層が有機物からなり２層以上に構成
されていることを特徴とするものである。

【０００９】また、本発明の薄膜多層基板の製造方法
は、セラミックス基板上に導体層および絶縁層を形成す
る薄膜多層基板の製造方法において、セラミックス基板
上に導体層を形成する工程と、導体層を形成したセラミ
ックス基板に、有機物からなり２層以上に構成したフィ
ルムを加圧加熱積層して絶縁層を形成する工程からなる
ことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】上述した構成において、セラミックス基板上に
導体層を形成したのち、２層以上の有機物からなるフィ
ルム、すなわち少なくとも１層の絶縁層をなす層と有機
接着剤層とからなるフィルムを、導体層を設けたセラミ
ックス基板に有機接着剤層が接するようにして加圧加熱
して絶縁層を形成しているため、絶縁層形成時の有機物
の無駄がなく、低コストを達成することができる。ま
た、薄膜導体層は従来のようにスパッタリング、蒸着等
の方法により形成しているため、上下の導体層の電気的
接続により薄膜導体層を形成する場合に比べて、高い信
頼性を得ることができる。さらに、２層以上の有機物か
らなるフィルムの所定位置に予めパンチなどの方法でビ
アホールを明けておくと、従来のようなＲＩＥ法やエッ
チング法によりビアホールを形成する場合に比べて、製
造工程を大幅に簡単にすることができるとともに、高い
歩留まりを達成することができる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の薄膜多層基板の一例の構成を
説明するための部分断面図である。図１において、１は
セラミックス基板、２はセラミックス基板１上にフォト
リソエッチング等の方法で形成した薄膜の導体層、３は
セラミックス基板１および導体層２に接して接着の役目
を果たす第１の有機物層、４は第１の有機物層３上に形
成された第２の有機物層で、５は第１の有機物層３およ
び第２の有機物層４あなる絶縁層５、６は導体層２と上
部に設けた導体層との間の電気的接続をとるためのビア
ホールである。なお、図１に示す例では、薄膜の導体層
２および絶縁層５の一層のみを示したが、同様の構成の
導体層２および絶縁層５を複数層設けることもできる。
以下、各構成部材について詳細に説明する。

【００１２】第１の有機物層：第１の有機物層３は、第
２の有機物層４よりガラス転移点の低い有機物、もしく
は付加重合型ポリイミドから構成される。ここで、付加
重合型ポリイミドとは熱硬化性ポリイミドであって加熱
によりガラス転移点が上昇するものを指す。ガラス転移
点が異なることにより、第２の有機物層４が軟化しない
で第１の有機物層３のみが軟化するので、比較的ガラス
転移点の高い第２の有機物層４を効率よく積層すること
ができる。第１の有機物層３がガラス転移点の低い有機
物である場合、その材質は望ましくはポリイミドである
が、ポリイソイミド、エポキシ、変性エポキシ、ポリア
ミド、ポリアミック酸等でもよく、これらの混合物でも
使用することができる。

【００１３】その場合、ガラス転移点は、８０℃から４
００℃が望ましく、より好ましくは１２０℃から３００
℃である。すなわち、８０℃未満であると耐熱性に問題
が生じることがあり、４００℃を越えると加熱加圧積層
が困難になることがあるためである。付加重合型ポリイ
ミドとしては、加熱によりガラス転移点が変化するので
一義的には定義できないが、ビスマレイミド変性物、ア
セチレン末端イミド等を使用することができる。

【００１４】第１の有機物層３の厚みは、１μm から５
０μm が望ましいが、より好ましくは２μm から２０μ
m である。１μm よりも薄い場合は、導体層２ないしは
セラミックス基板１との接着性に問題が生じる場合があ
り、また５０μm よりも厚い場合は、第２の有機物層４
の特性を損なう場合があるためである。

【００１５】第２の有機物層：第２の有機物層４の材質
は望ましくはポリイミドであるが、ポリイソイミド、エ
ポキシ、変性エポキシ、ポリアミド、ポリアミック酸な
どでもよく、これらの混合物でもよい。また、単一層で
ある必要はなく、これらを複数層重ねて構成されること
も可能である。この際、ガラス転移点の比較は、第１の
有機物層３に接する層を構成する有機物と第１の有機物
層３との間で行われる。また、厚みとしては２μm 以上
が望ましく、より好ましくは１０μm 以上であり、か
つ、第１の有機物層３より厚いことが望ましい。２μm
よりも薄い場合は、取扱いが困難な場合があり、特に第
１の有機物層３より薄い場合は、第２の有機物層４の特
性をいかすことができなくなる。第２の有機物層４のガ
ラス転移点は必ずしも明確である必要はない。すなわ
ち、明確なガラス転移点をもたない物質は、ガラス転移
点をもつ物質よりガラス転移点が高いと判断される。

【００１６】絶縁層：第１の有機物層３および第２の有
機物層４からなる絶縁層５には、ビアホールなどが形成
されていても構わない。また、セラミックス基板１およ
び導体層２のすべてを覆う必要はなく、その一部の上に
形成されているだけでもかまわない。

【００１７】薄膜の導体層：導体層２を複数層にして導
体相互の導通を確保するためには、予め第２の有機物層
４をフィルム状に形成し該フィルム上に第１の有機物層
３を形成したのち、機械的なパンチングあるいはレーザ
ー等によって貫通孔を形成することが望ましく、この貫
通孔の形状は円形、多角形のいずれでもよく、円形の場
合は３０ー３００μm であると好ましい。

【００１８】また、導体層２を複数形成する場合は、第
２の有機物層４の第１の有機物層３とは反対の面に予め
導体層２が形成されていることが望ましい。この導体層
２は、望ましくはサブトラクティブ法、アディティブ
法、セミアディティブ法、パターンめっきなどにより配
線パターン化されている。このほうが、工程がさらに簡
便となるためである。もちろん、金属膜の状態でも構わ
ない。この場合、加圧加熱積層後に、エッチングなどの
方法により配線パターン化されている。しかし、導体相
互の電気的な導通は積層によって、換言すれば接触によ
って電気的接続をとることはなされない。前述のよう
に、配線密度やコスト面さらには信頼性の点で不利なた
めである。導体層２の材質は、銅、クロム、ニッケル、
チタン、モリブデン、金、アルミニウム等が使用できる
が、好ましくは銅を使用する。また、必ずしも単一層で
ある必要はなく、上述の金属を複数組み合わせて構成さ
れても良い。

【００１９】フィルム形状：第２の有機物層４がフィル
ム形状とされる場合は、未加工の状態でもかまわない
が、加工する場合は、予め第１の有機物層３が第２の有
機物層４にコーティングされた状態で両方に同時に施さ
れている方が工程上望ましい。無論、第２の有機物層４
に導体層２が形成されている場合にはこの導体層２も第
１の有機物層３を同時に孔加工されることが望ましい。
第２の有機物層４がフィルム状であって、このフィルム
が薄く取扱いが困難な場合は、適宜厚手のキャリアテー
プなどに第２の有機物層４を仮接着して取り扱うとよ
い。たとえば、第１の有機物層３及び第２の有機物層４
を加工したのちに、ＵＶ硬化樹脂でキャリアテープに接
着し、セラミックス基板１との位置合わせを行い、仮止
めした後にＵＶ照射によりキャリアテープから剥離し、
その後積層されるといった手順で取り扱われることが望
ましい。また、キャリアテープに接着したのちに孔加工
してもよい。もちろん、フィルム単独で位置合わせ、仮
止め、切断、積層といった工程を行ってもよい。

【００２０】積層方法：積層方法は、熱プレス法、真空
熱プレス法、オートクレーブ法等を使用することができ
るが、絶縁層５に含まれる溶剤を効率よく除去するた
め、真空熱プレス法が好ましい。また、プレス機は１〜
１０段のプレス面を有するが、その各段につき２〜４０
枚の製品を重ね、一度に積層するほうがコスト面からは
望ましいが、加工精度および信頼性の面からは１枚ずつ
積層したほうがよい。

【００２１】セラミックス基板：セラミックス基板１の
材質は、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト、ガラ
スセラミックス等を使用することができる。アルミナを
使用する場合の純度は９０〜９９．９％が望ましい。セ
ラミックス基板１は、単層の場合は少なく、通常２〜２
０層の多層基板である。また、セラミックス層間には導
体層が、セラミックス層内には導体が充填されたビアホ
ールが、それぞれ形成されており、セラミックス基板１
上の導体層と、その反対面にある信号取り出し部との電
気的接続を行っている。また、信号取り出し部には、ピ
ンが取り付けてあってもなくても構わない。

【００２２】セラミックス基板上の導体層：セラミック
ス基板１上の導体層２は、セラミックス基板１と同時焼
成される場合で、そのセラミックス基板１の材質が低温
焼成可能なガラスセラミックス等の場合は、銅、銀、銀
パラジウム、金などの金属とセラミックス基板１と同材
質のセラミックス粉末あるいはその他の前記したセラミ
ックスの粉末とのサーメットで形成される。その他の比
較的焼成温度が高温のセラミックス基板１の場合は、タ
ングステン、モリブデン等の高融点金属とセラミックス
基板と同材質のセラミックス粉末あるいはその他の前記
したセラミックスとのサーメットで形成される。

【００２３】導体層２が焼成済みのセラミックス基板１
上に形成される場合は、同時焼成の場合と同様の厚膜に
て形成される場合と、薄膜で形成される場合の二つの場
合がある。厚膜の場合は、銅、銀、銀パラジウム、金、
タングステン、モリブデン等の金属の粉末とガラス等か
らなるサーメットのペーストを、スクリーン印刷法等で
セラミックス基板１上にパターン化した後に焼成して形
成される。薄膜の場合は、めっき、スパッタリング、蒸
着等の通常の薄膜形成工程により形成され、その材質は
銅、クロム、ニッケル、チタン、モリブデン、金、アル
ミニウム等を使用できるが、その中でも銅が好ましく、
また必ずしも単一層である必要はなく、上述の金属を複
数組み合わせて構成することも可能である。

【００２４】導体層２の厚みは１００μm 以下が好まし
いが、より好ましくは２μm から３５μm である。厚み
が薄い場合は、導体が形成される面に要求される平滑性
が高くなり取扱いが困難になる場合があるとともに、厚
みが厚い場合は、配線形成が困難になる場合がある。導
体層の形成は、コスト面では厚膜が望ましく、配線密
度、厚みの正確な制御といった点では薄膜のほうが望ま
しい。スパッタリング等でセラミック面、絶縁層などを
メタライズ化した後にめっき等により配線導体部を厚く
形成する方法がより望ましい。導体の配線パターニング
は、薄い段階で公知のフォトリソ工程により形成した後
所定の厚みにめっきにより厚膜化しても良いし、所定の
厚みに厚膜化した後フォトリソ工程を行っても構わな
い。

【００２５】セラミックス基板の表面は、導体層の形成
および絶縁層の形成のためには平滑であることが望まし
く、そのため通常研磨される。研磨面の凹凸は中心線表
面粗さＲａ：１μm 以下が望ましい。第１の有機物層に
ポリイミド、ポリイソイミド、エポキシ、変性エポキシ
もしくはこれらの混合物からなるガラス転移点の低い有
機物もしくは付加重合型ポリイミドを用いる場合、第１
および第２の有機物からなる絶縁層は導体層を構成する
銅に直接接して形成することができる。換言すれば、前
記した材料以外のポリアミック酸等のポリイミド前駆体
は銅の上に直接形成できないために、Ni、Cr等のバリア
メタルを適宜銅との間に形成する必要がある。

【００２６】本発明で最も好ましい材質の組み合わせ
は、セラミックス基板は強度、熱伝導性の観点よりアル
ミナ、窒化アルミニウム、導体層は電気抵抗が小さいこ
とから銅、第１の有機物層、第２の有機物層は耐熱性の
観点からポリイミドである。

【００２７】製造方法：製造方法としては、第２の有機
物層をフィルム状に成形し、この第２の有機物層の表面
に第１の有機物層をコーティングした後、第１および第
２の有機物層に同時に孔加工を行い、第１の有機物層を
介して第２の有機物層をセラミックス基板に積層し、そ
の後に第２の有機物層の表面および第２の絶縁層に加工
された孔の中に導体を形成する方法が望ましい。本発明
で第２の有機物層をフィルム状に成形したものを利用す
る場合、第１の有機物層は接着性に優れることが望まし
く、付加重合型のポリイミドとすることが望ましい。

【００２８】セラミックス基板は一般に熱膨張係数が小
さく、有機物樹脂は反対に熱膨張係数が大きいので、有
機物樹脂とセラミックス基板を積層する場合は、有機物
樹脂の熱膨張係数をセラミックス基板の熱膨張係数に近
づける手法をとるのが望ましい。有機物樹脂の熱膨張係
数を３０ＰＰＭ／℃以下（ＲＴ〜２００℃）、好ましく
は２０ＰＰＭ／℃以下のものを選定する。また、本発明
の第１の有機物層および第２の有機物層の誘電率は、セ
ラミックス多層基板での信号の高速化のために小さいこ
とが望ましいが、この場合第２の有機物層の誘電率を第
１の有機物層の誘電率より小さくするとともに、第１の
有機物層より第２の有機物層の方を厚くしておくとよ
い。

【００２９】以下、本発明の薄膜多層基板の製造方法に
ついて説明する。図２〜図１０は本発明の薄膜多層基板
の製造方法の一例を工程順に示す図である。図２に示す
ようなピン１１と多層の配線層１２を有するセラミック
ス基板１を準備し、図３に示すように、このセラミック
ス基板１上に導体層２を形成するためのクロムおよび銅
の薄膜１３を０．１μm および５μm の厚さにスパッタ
リングで形成し、薄膜１３上にフォトレジストを塗布
後、所定のパターンに露光・現像する。次に、不要なク
ロムおよび銅の薄膜１３をエッチングで除去し、図４に
示すように、フォトレジストを剥離してパターン化され
た薄膜の導体層２を得る。

【００３０】一方、図５に示すように、第１の有機物層
３を形成するための厚さ２５μm のポリイミドフィルム
１４（「ＭＴ−ネオフレックス」、三井東圧化学製）に
第２の有機物層４を形成するための付加重合型ポリイミ
ド１５（「サーミッドＩＰ−６００」、鐘紡ＮＳＣ
製）を１０μm 塗布したフィルムを金型にセットし、パ
ンチングすることにより所定の大きさに加工するととも
に、図６に示すように、ビアホール６の形成を同時に行
う。

【００３１】次に、図７に示すように、導体層形成済み
のセラミックス基板１上にビアホール形成済みのフィル
ムを付加重合型ポリイミド１５がセラミックス基板１上
に接するような向きに位置決めして重ね合わせ、仮止め
する。そして、真空熱プレス装置に仮止めしたセラミッ
クス基板１とフィルムとをセットし、圧力５ｋｇ／ｃｍ
² 、温度２２０℃にて１５分間保持し、図８に示すよう
に加圧加熱積層する。この時、付加型ポリイミド１５は
粘度が低下して流動するため、セラミックス基板１およ
び導体層２に接着する。加圧加熱積層に引き続き、２６
０℃、１．５時間、圧力を解放して加熱して、後硬化を
行う。

【００３２】次に、図９に示すように、積層したポリイ
ミドフィルム１４上およびビアホール６内に、クロムお
よび銅の薄膜１６を０．１μm および１μm の厚さにス
パッタリングで形成し、さらに、めっきにより銅１７の
厚さを５μm とする。その後、前述の方法によりパター
ン化された導体層２を形成して、図１０に示すように、
薄膜多層基板を得ている。

【００３３】このようにして得られる薄膜多層基板は、
ポリイミド前駆体をキュアする工程を含まないため、銅
とポリイミド間に十分な接着が得られる。また、ピンホ
ール発生の心配もない。さらに、電気的接続をスパッタ
リングで得ているため、高い信頼性を得ることができ
る。

【００３４】図１１〜図１６は本発明の薄膜多層基板の
製造方法の他の例を工程順に示す図である。まず、上述
した図２〜図４の工程に従って、セラミックス基板１上
に導体層２を設ける。次に、厚さ２５μm のポリイミド
フィルム１４上に厚さ１８μm の銅箔１８が接着してあ
るフィルム（「ＭＴ−ネオフレックス」、三井東圧化学
製）に、付加重合型ポリイミド１５（「サーミッドＩ
Ｐ−６００」、鐘紡ＮＳＣ製）を１０μm 塗布したフィ
ルム（図１１）を金型にセットし、図１２に示すよう
に、パンチングすることによる所定の大きさへの加工お
よびビアホール６の形成を同時に行う。次に、図１３に
示すように、銅箔１８面にフォトレジストを塗布し、以
下、前述の方法により導体層２を形成する。

【００３５】次に、図１４に示すように、導体層形成済
みのセラミックス基板１上にビアホール及び導体層形成
済みのフィルムを付加型ポリイミド１５がセラミックス
基板１に接するよう位置決めして重ね合わせ、仮止めす
る。そして、真空熱プレス装置に仮止めしたセラミック
ス基板１とフィルムとをセットし、圧力５ｋｇ／ｃｍ
² 、温度２２０℃にて１５分間保持し、図１５に示すよ
うに加圧加熱積層する。この時、付加重合型ポリイミド
１５は粘度が低下して流動するため、セラミックス基板
１および導体層２に接着する。次に、ピン１１側より給
電して電解銅めっきを行い、図１６に示すように、ビア
ホール６内に銅１９を充填することによって上下導体層
間の電気的接続を得、薄膜多層基板を得る。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、セラミックス基板上に薄膜導体層を形成した
のち、２層以上の有機物からなるフィルム、すなわち少
なくとも１層の絶縁層をなす層と有機接着剤層とからな
るフィルムを、薄膜導体層を設けたセラミックス基板に
有機接着剤層が接するようにして加圧加熱して絶縁層を
形成しているため、絶縁層形成時の有機物の無駄がな
く、低コストを達成することができる。また、導体層は
従来のようにスパッタリング、蒸着等で膜形成後フォト
エッチング等の方法により形成しているため、上下の導
体層の電気的接続により薄膜導体層を形成する場合に比
べて、配線密度が高く、また、高い信頼性を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜多層基板の一例の構成を説明する
ための図である。

【図２】本発明の薄膜多層基板の製造方法の一例の一工
程を説明するための図である。

【図３】本発明の薄膜多層基板の製造方法の一例の一工
程を説明するための図である。

【図４】本発明の薄膜多層基板の製造方法の一例の一工
程を説明するための図である。

【図５】本発明の薄膜多層基板の製造方法の一例の一工
程を説明するための図である。

【図６】本発明の薄膜多層基板の製造方法の一例の一工
程を説明するための図である。

【図７】本発明の薄膜多層基板の製造方法の一例の一工
程を説明するための図である。

【図８】本発明の薄膜多層基板の製造方法の一例の一工
程を説明するための図である。

【図９】本発明の薄膜多層基板の製造方法の一例の一工
程を説明するための図である。

【図１０】本発明の薄膜多層基板の製造方法の一例の一
工程を説明するための図である。

【図１１】本発明の製造方法の他の例の一工程を説明す
るための図である。

【図１２】本発明の製造方法の他の例の一工程を説明す
るための図である。

【図１３】本発明の製造方法の他の例の一工程を説明す
るための図である。

【図１４】本発明の製造方法の他の例の一工程を説明す
るための図である。

【図１５】本発明の製造方法の他の例の一工程を説明す
るための図である。

【図１６】本発明の製造方法の他の例の一工程を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１セラミックス基板２導体層３第１の有機物層４第２の有機物層５絶縁層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス基板上に導体層および絶縁
層が形成されており、この絶縁層が有機物からなり２層
以上に構成されていることを特徴とする薄膜多層基板。
【請求項２】セラミックス基板上に導体層および絶縁
層を形成する薄膜多層基板の製造方法において、セラミ
ックス基板上に導体層を形成する工程と、導体層を形成
したセラミックス基板に、有機物からなり２層以上に構
成したフィルムを加圧加熱積層して絶縁層を形成する工
程からなることを特徴とする薄膜多層基板の製造方法。
【請求項３】前記２層以上の有機物からなるフィルム
の所定位置に予めビアホールを形成した請求項２記載の
薄膜多層基板の製造方法。