JPH1013033A - 多層配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】配線導体が高密度に形成することができずまた
全体の形状が大型化する。 【解決手段】上下両主面に貫通する貫通孔５を有する絶
縁基板１と、該絶縁基板１の上面から貫通孔５内壁を経
て下面に導出する導電層６と、前記貫通孔５の内部に充
填された有機樹脂充填体７と、前記絶縁基板１の少なく
とも一主面上に被着され、複数の有機樹脂絶縁層２と複
数の薄膜配線導体３とを交互に多層に配設するとともに
薄膜配線導体３の一部が前記導電層６に電気的に接続さ
れている多層配線部４とから成る多層配線基板であっ
て、前記有機樹脂絶縁層２の少なくとも一層にスルーホ
ール１０を設け、該スルーホール１０内に比誘電率が２
０以上の誘電物フィラーと有機樹脂とから成る誘電物充
填体１１を充填するとともに誘電物充填体１１の上下両
面に薄膜配線導体３の一部を対向配置させ、薄膜配線導
体３間に容量素子Ａを電気的に接続させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層配線基板に関
し、より詳細には混成集積回路装置や半導体素子を収容
する半導体素子収納用パッケージ等に使用される多層配
線基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子等の能動部品や容量素
子、抵抗器等の受動部品を多数搭載し、所定の電子回路
を構成するようになした混成集積回路装置は、通常、絶
縁基板の内部及び表面にタングステン、モリブデン等の
高融点金属粉末から成る配線導体を形成した構造の配線
基板を準備し、次に前記配線基板の表面に半導体素子や
容量素子、抵抗器等を搭載取着するとともに該半導体素
子等の電極を前記配線導体に接続することによって混成
集積回路装置となる。

【０００３】かかる従来の混成集積回路装置等に使用さ
れる配線基板は一般にセラミックスの積層技術及びスク
リーン印刷法等の厚膜技術を採用することによって製作
されており、具体的には以下の方法によって製作されて
いる。

【０００４】即ち、 （１）先ず、アルミナ等の電気絶縁性に優れたセラミッ
ク原料粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して複数枚のセ
ラミック生シートを得るとともに該各セラミック生シー
トの上下面にタングステン、モリブデン等の高融点金属
粉末から成る導電ペーストを従来周知のスクリーン印刷
法等の厚膜手法を採用することによって所定パターンに
印刷塗布する。

【０００５】（２）次に前記各セラミック生シートを積
層し、積層体を得るとともにこれを約１５００℃の温度
で焼成し、内部及び表面にタングステン、モリブデン等
の高融点金属粉末から成る配線導体を有する絶縁基板を
得る。

【０００６】（３）そして最後に、前記配線導体のう
ち、大気中に露出する表面にニッケル及び金等の耐蝕性
に優れ、良導電性で、半田等のロウ材と濡れ性（反応
性）の良い金属をめっき法により被着させ、これによっ
て製品としての配線基板が完成する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の配線基板においては、配線導体がタングステンやモ
リブデン等の高融点金属粉末から成る導電ペーストをス
クリーン印刷法等の厚膜手法を採用し所定パターンに印
刷塗布することによって形成されており、配線導体の微
細化が困難で配線導体を高密度に形成することができな
いという欠点を有していた。

【０００８】またこの従来の配線基板は表面に半導体素
子等の能動部品や容量素子、抵抗器等の受動部品が多数
搭載され、部品の搭載数に応じて大型化してしまうとい
う欠点も有していた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の欠点に鑑
み案出されたもので、その目的は配線導体を薄膜形成技
術により形成される薄膜配線導体とするとともに内部に
容量素子を内蔵させることによって小型にして、且つ配
線が高密度の多層配線基板を提供することにある。

【００１０】本発明は、上下両主面に貫通する貫通孔を
有する絶縁基板と、該絶縁基板の上面から貫通孔内壁を
経て下面に導出する導電層と、前記貫通孔の内部に充填
された有機樹脂充填体と、前記絶縁基板の少なくとも一
主面上に被着され、複数の有機樹脂絶縁層と複数の薄膜
配線導体とを交互に多層に配設するとともに薄膜配線導
体の一部が前記導電層に電気的に接続されている多層配
線部とから成る多層配線基板であって、前記有機樹脂絶
縁層の少なくとも一層にスルーホールを設け、該スルー
ホール内に比誘電率が２０以上の誘電物フィラーと有機
樹脂とから成る誘電物充填体を充填するとともに誘電物
充填体の上下両面に薄膜配線導体の一部を対向配置さ
せ、薄膜配線導体間に容量素子を電気的に接続させたこ
とを特徴とするものである。

【００１１】また本発明は、前記誘電物充填体の誘電物
フィラーが粒径０．５μｍ乃至５０μｍのチタン酸バリ
ウム、チタン酸ストロンチウムの少なくとも１種よりな
ることを特徴とするものである。

【００１２】本発明の多層配線基板によれば、絶縁基板
上に薄膜形成技術によって配線を形成したことから配線
の微細化が可能となり、配線を極めて高密度に形成する
ことが可能となる。

【００１３】また本発明の多層配線基板によれば、有機
樹脂絶縁層の少なくとも一層にスルーホールを設け、該
スルーホール内に比誘電率が２０以上の誘電物フィラー
と有機樹脂とから成る誘電物充填体を充填するとともに
誘電物充填体の上下両面に薄膜配線導体の一部を対向配
置させ、薄膜配線導体間に容量素子を電気的に接続させ
たことから多層配線基板に半導体素子や容量素子、抵抗
器等の部品を搭載して混成集積回路装置等となす場合、
多層配線基板に別途、容量素子を多数実装する必要はな
く、その結果、多層配線基板に実装される部品の数が減
り、混成集積回路装置等を小型となすことが可能とな
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図１は、本発明の多層配線基板の一実
施例を示し、１は絶縁基板、２は有機樹脂絶縁層、３は
薄膜配線導体である。

【００１５】前記絶縁基板１はその上面に有機樹脂絶縁
層２と薄膜配線導体３とから成る多層配線部４が配設さ
れており、該多層配線部４を支持する支持部材として作
用する。

【００１６】前記絶縁基板１は酸化アルミニウム質焼結
体やムライト質焼結体等の酸化物系セラミックス、或い
は表面に酸化物膜を有する窒化アルミニウム質焼結体、
炭化珪素質焼結体等の非酸化物系セラミックス、更には
ガラス繊維を織る込んだ布にエポキシ樹脂を含浸させた
ガラスエポキシ樹脂等の電気絶縁材料で形成されてお
り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体で形成されてい
る場合には、アルミナ、シリカ、カルシア、マグネシア
等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥
漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード
法やカレンダーロール法を採用することによってセラミ
ックグリーンシート（セラミック生シート）を形成し、
しかる後、前記セラミックグリーンシートに適当な打ち
抜き加工を施し、所定形状となすとともに高温（約１６
００℃）で焼成することによって、或いはアルミナ等の
原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して原料粉
末を調整するとともに該原料粉末をプレス成形機によっ
て所定形状に成形し、最後に前記成形体を約１６００℃
の温度で焼成することによって製作され、またガラスエ
ポキシ樹脂から成る場合は、例えばガラス繊維を織り込
んだ布にエポキシ樹脂の前駆体を含浸させるとともに該
エポキシ樹脂前駆体を所定の温度で熱硬化させることに
よって製作される。

【００１７】また前記絶縁基板１には上下両主面に貫通
する孔径が例えば、直径３００μｍ〜５００μｍの貫通
孔５が形成されており、該貫通孔５の内壁には両端が絶
縁基板１の上下両面に導出する導電層６が被着されてい
る。

【００１８】前記貫通孔５は後述する絶縁基板１の上面
に形成される多層配線部４の薄膜配線導体３と外部電気
回路とを電気的に接続する、或いは絶縁基板１の上下両
主面に多層配線部４を配設した場合には両主面の多層配
線部４の薄膜配線導体３同士を電気的に接続する導電層
６を形成するための形成孔として作用し、絶縁基板１に
ドリル孔あけ加工法を施すことによって絶縁基板１の所
定位置、所定形状に形成される。

【００１９】更に前記貫通孔５の内壁及び絶縁基板１の
上下両面には導電層６が被着形成されており、該導電層
６は例えば、銅やニッケル等の金属材料から成り、従来
周知のめっき法及びエッチング法を採用することによっ
て貫通孔５の内壁に両端を絶縁基板１の上下両面に導出
させた状態で被着形成される。

【００２０】前記導電層６は絶縁基板１の主面に配設さ
れる多層配線部４の薄膜配線導体３を外部電気回路に電
気的に接続したり、絶縁基板１の上下両主面に配設され
る各々の多層配線部４の薄膜配線導体３同士を電気的に
接続する作用をなす。

【００２１】また前記絶縁基板１に形成した貫通孔５は
その内部にエポキシ樹脂から成る有機樹脂充填体７が充
填されており、該有機樹脂充填体７によって貫通孔５が
完全に埋められ、同時に有機樹脂充填体７の両端面が絶
縁基板１の上下両主面に被着させた導電層６の面と同一
平面となっている。

【００２２】前記有機樹脂充填体７は絶縁基板１の上面
及び／又は下面に後述する有機樹脂絶縁層２と薄膜配線
導体３とから成る多層配線部４を形成する際、多層配線
部４の有機樹脂絶縁層２と薄膜配線導体３の平坦化を維
持する作用をなす。

【００２３】尚、前記有機樹脂充填体７は絶縁基板１の
貫通孔５内にエポキシ樹脂の前駆体を充填し、しかる
後、これに８０℃〜２００℃の温度を０．５乃至３時間
印加し、完全に熱硬化させることによって絶縁基体１の
貫通孔５内に充填される。

【００２４】更に前記絶縁基板１はその上面に有機樹脂
絶縁層２と薄膜配線導体３とが交互に多層に配設された
多層配線部４が形成されており、且つ該薄膜配線導体３
の一部は導電層６と電気的に接続されている。

【００２５】前記多層配線部４を構成する有機樹脂絶縁
層２は上下に位置する薄膜配線導体３の電気的絶縁を図
る作用を為すとともに薄膜配線導体３は電気信号を伝達
するための伝達路として作用する。

【００２６】前記多層配線部４の有機樹脂絶縁層２はエ
ポキシ樹脂から成り、例えば、エポキシ樹脂から成る場
合、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ノボラック型エ
ポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂等にア
ミン系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、酸無水物系硬化
剤等の硬化剤を添加混合してペースト状のエポキシ樹脂
前駆体を得るとともに該エポキシ樹脂前駆体を絶縁基板
１の上部にスピンコート法により被着させ、しかる後、
これを約８０℃〜２００℃の熱で０．５乃至３時間熱処
理し、熱硬化させることによって形成される。

【００２７】また前記有機樹脂絶縁層２はその各々の所
定位置に最小径が有機樹脂絶縁層２の厚みに対して約
１．５倍程度のスルーホール８が形成されており、該ス
ルーホール８は後述する有機樹脂絶縁層２を介して上下
に位置する薄膜配線導体３の各々を電気的に接続するス
ルーホール導体９を形成するための形成孔として作用す
る。

【００２８】前記有機樹脂絶縁層２に設けるスルーホー
ル８は例えば、フォトリソグラフィー技術、具体的には
有機樹脂絶縁層２上にレジスト材を塗布するとともにこ
れに露光、現像を施すことによって所定位置に所定形状
の窓部を形成し、次に前記レジスト材の窓部にエッチン
グ液を配し、レジスト材の窓部に位置する有機樹脂絶縁
層２を除去して、有機樹脂絶縁層２に穴（スルーホー
ル）を形成し、最後に前記レジスト材を有機樹脂絶縁層
２上より剥離させ除去することによって行われる。

【００２９】更に前記各有機樹脂絶縁層２の上面には所
定パターンの薄膜配線導体３が、また各有機樹脂絶縁層
２に設けたスルーホール８の内壁にはスルーホール導体
９が各々配設されており、スルーホール導体９によって
間に有機樹脂絶縁層２を挟んで上下に位置する各薄膜配
線導体３の各々が電気的に接続されるようになってい
る。

【００３０】前記各有機樹脂絶縁層２の上面及びスルー
ホール８内に配設される薄膜配線導体３及びスルーホー
ル導体９は銅、ニッケル、金、アルミニウム等の金属材
料を無電解めっき法や蒸着法、スパッタリング法等の薄
膜形成技術及びエッチング加工技術を採用することによ
って形成され、例えば銅で形成されている場合には、有
機樹脂絶縁層２の上面及びスルーホール８の内表面に硫
酸銅０．０６モル／リットル、ホルマリン０．３モル／
リットル、水酸化ナトリウム０．３５モル／リットル、
エチレンジアミン四酢酸０．３５モル／リットルからな
る無電解銅メッキ浴を用いて厚さ１μｍ乃至４０μｍの
銅層を被着させ、しかる後、前記銅層をエッチング加工
法により所定パターンに加工することによって各有機樹
脂絶縁層２間及び各有機樹脂絶縁層２のスルーホール８
内壁に配設される。この場合、薄膜配線導体３は薄膜形
成技術により形成されることから配線の微細化が可能で
あり、これによって薄膜配線導体３を極めて高密度に形
成することが可能となる。

【００３１】尚、前記多層配線部４は各有機樹脂絶縁層
２の厚みが１００μｍを越えると有機樹脂絶縁層２にフ
ォトリソグラフィー技術を採用することによってスルー
ホール８を形成する際、エッチングの加工時間が長くな
ってスルーホール８を所望する鮮明な形状に形成するの
が困難となり、また５μｍ未満となると有機樹脂絶縁層
２の上面に上下に位置する有機樹脂絶縁層２の接合強度
を上げるための粗面加工を施す際、有機樹脂絶縁層２に
不要な穴が形成され上下に位置する薄膜配線導体３に不
要な電気的短絡を招来してしまう危険性がある。従っ
て、前記有機樹脂絶縁層２はその各々の厚みを５μｍ乃
至１００μｍの範囲としておくことが好ましい。

【００３２】また前記多層配線部４の各薄膜配線導体２
はその厚みが１μｍ未満となると各薄膜配線導体３の電
気抵抗が大きなものとなって各薄膜配線導体３に所定の
電気信号を伝達させることが困難なものとなり、また４
０μｍを越えると薄膜配線導体３を有機樹脂絶縁層２に
被着させる際、薄膜配線導体３内に大きな応力が内在
し、該内在応力によって薄膜配線導体３が有機樹脂絶縁
層２より剥離し易いものとなる。従って、前記多層配線
部４の各薄膜配線導体２の厚みを１μｍ乃至４０μｍの
範囲としておくことが好ましい。

【００３３】更に前記薄膜配線導体３はその表面が中心
線平均粗さ（Ｒａ）で０．０５μｍ≦Ｒａ≦５μｍ、表
面の２．５ｍｍの長さにおける凹凸の高さ（Ｐｃ）のカ
ウント値を０．０１μｍ≦Ｐｃ≦０．１μｍが３０００
０個以上、０．１μｍ≦Ｐｃ≦１μｍが３０００個乃至
１００００個、１μｍ≦Ｐｃ≦１０μｍが５００個以下
となるように粗しておくと有機樹脂絶縁層２と薄膜配線
導体３とはその接合面積が極めて広いものとなり、その
結果、有機樹脂絶縁層２と薄膜配線導体３との密着性が
著しく向上し、有機樹脂絶縁層２や薄膜配線導体３に外
力が印加されても該外力によって有機樹脂絶縁層２と薄
膜配線導体３との間に剥離が発生することはなく、両者
の接合を極めて強固となすことができる。従って、前記
薄膜配線導体３はその表面が中心線平均粗さ（Ｒａ）で
０．０５μｍ≦Ｒａ≦５μｍ、表面の２．５ｍｍの長さ
における凹凸の高さ（Ｐｃ）のカウント値を０．０１μ
ｍ≦Ｐｃ≦０．１μｍが３００００個以上、０．１μｍ
≦Ｐｃ≦１μｍが３０００個乃至１００００個、１μｍ
≦Ｐｃ≦１０μｍが５００個以下となるように粗してお
くことが好ましい。

【００３４】また更に前記有機樹脂絶縁層２は、その少
なくとも一層にスルーホール１０が形成されており、該
スルーホール１０内には誘電物充填体１１が充填されて
いるとともに誘電物充填体１１の上下両面に薄膜配線導
体３の一部が対向配置されて容量素子Ａが形成され、こ
れによって薄膜配線導体３に容量素子Ａが電気的に接続
されている。

【００３５】前記容量素子Ａを形成する誘電物充填体１
１はチタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムの少な
くとも１種よりなる誘電物フィラーとエポキシ樹脂等の
有機樹脂とからなり、有機樹脂絶縁層２にフォトリソグ
ラフィー技術を採用することによって所定形状のスルー
ホール１０を形成し、しかる後、該スルーホール１０内
にエポキシ樹脂等の前駆体と誘電物フィラーとを混合さ
せた誘電体ペーストを充填させるとともこれに８０℃〜
２００℃の温度を０．５〜３時間印加し、エポキシ樹脂
等の前駆体を熱硬化させることによって有機樹脂絶縁層
２に設けたスルーホール１０内に充填される。

【００３６】前記誘電物充填体１１を使用して形成され
る容量素子Ａはその静電容量が誘電物充填体１１の比誘
電率によって決定され、誘電物充填体１１を構成する誘
電物フィラーの比誘電率が２０（室温１ＭＨｚ）未満と
なると誘電物充填体１１の比誘電率が小さくなって容量
素子Ａの静電容量が実用に供しない小さな値となる。

【００３７】従って、前記誘電物充填体１１を構成する
誘電物フィラーはその比誘電率が２０以上のものに特定
される。

【００３８】また同時に容量素子Ａの静電容量は誘電物
充填体１１の径によっても決定され、誘電物充填体１１
の径を可変することによって容量素子Ａの静電容量を任
意の所定値に調整することが可能となる。

【００３９】更に前記容量素子Ａは絶縁基板１上に設け
た多層配線部４の内部に内蔵されており、そのためこの
多層配線基板に半導体素子や容量素子、抵抗器等の部品
を搭載して混成集積回路装置等となす場合、多層配線基
板に別途、容量素子を多数実装する必要はなく、その結
果、多層配線基板に実装される部品の数が減り、混成集
積回路装置等を小型となすことが可能となる。

【００４０】尚、前記誘電物フィラーとエポキシ樹脂等
の有機樹脂とからなる誘電物充填体１１はその誘電物フ
ィラーの粒径が直径０．５μｍ未満となると誘電物フィ
ラーの比表面積が広くなってエポキシ樹脂等の前駆体に
混合させ誘電体ペーストとした際に誘電体ペーストの粘
度が高くなり、その結果、この誘電体ペーストを有機樹
脂絶縁層２に形成したスルーホール１０内に充填し、誘
電物充填体１１とすると誘電物充填体１１中に空気等を
抱き込んで所定の比誘電率の誘電物充填体１１を形成す
るのが困難となり、また５０μｍを越えると誘電物充填
体１１の有機樹脂と誘電物フィラーとの接合強度が弱く
なり、誘電物フィラーに脱落等を発生してしまう危険性
を有する。従って、前記誘電物フィラーとエポキシ樹脂
等の有機樹脂とからなる誘電物充填体１１はその誘電物
フィラーの粒径を直径０．５μｍ乃至５０μｍの範囲と
しておくことが好ましい。

【００４１】また前記誘電物フィラーと有機樹脂とから
なる誘電物充填体１１はその誘電物フィラーの量が２０
重量％未満となると誘電物充填体１１の比誘電率が小さ
なって容量素子Ａの静電容量を実用に供しない小さな値
としてしまう危険性があり、また７５重量％を越えると
誘電物充填体１１が脆くなって機械的強度が低下してし
まう傾向にある。従って、前記誘電物フィラーと有機樹
脂とからなる誘電物充填体１１はその誘電物フィラーの
量を２０重量％乃至７５重量％の範囲としておくことが
好ましい。

【００４２】かくして本発明の多層配線基板によれば、
例えば、絶縁基板１の上面に被着させた多層配線部４上
に半導体素子等の能動部品や容量素子、抵抗器等の受動
部品を実装させることによって混成集積回路装置とな
り、絶縁基板１の下面に被着されている導電層６を外部
電気回路に接続すればかかる混成集積回路装置が外部電
気回路に電気的に接続されることとなる。

【００４３】尚、本発明は上述の実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種
々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例において
は絶縁基板１の上面のみに有機樹脂絶縁層２と薄膜配線
導体３とから成る多層配線部４を設けたが、多層配線部
４を絶縁基板１の下面側のみに設けても、上下の両主面
に設けてもよい。

【００４４】

【発明の効果】本発明の多層配線基板によれば、絶縁基
板上に薄膜形成技術によって配線を形成したことから配
線の微細化が可能となり、配線を極めて高密度に形成す
ることが可能となる。

【００４５】また本発明の多層配線基板によれば、有機
樹脂絶縁層の少なくとも一層にスルーホールを設け、該
スルーホール内に比誘電率が２０以上の誘電物フィラー
と有機樹脂とから成る誘電物充填体を充填するとともに
誘電物充填体の上下両面に薄膜配線導体の一部を対向配
置させ、薄膜配線導体間に容量素子を電気的に接続させ
たことから多層配線基板に半導体素子や容量素子、抵抗
器等の部品を搭載して混成集積回路装置等となす場合、
多層配線基板に別途、容量素子を多数実装する必要はな
く、その結果、多層配線基板に実装される部品の数が減
り、混成集積回路装置等を小型となすことが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多層配線基板の一実施例を示す断面図
である。

【符号の説明】

１・・・絶縁基板 ２・・・有機樹脂絶縁層 ３・・・薄膜配線導体 ４・・・多層配線部 ５・・・貫通孔 ６・・・導電層 ７・・・有機樹脂充填体 １０・・スルーホール １１・・誘電物充填体 Ａ・・・容量素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上下両主面に貫通する貫通孔を有する絶縁
   基板と、該絶縁基板の上面から貫通孔内壁を経て下面に
   導出する導電層と、前記貫通孔の内部に充填された有機
   樹脂充填体と、前記絶縁基板の少なくとも一主面上に被
   着され、複数の有機樹脂絶縁層と複数の薄膜配線導体と
   を交互に多層に配設するとともに薄膜配線導体の一部が
   前記導電層に電気的に接続されている多層配線部とから
   成る多層配線基板であって、前記有機樹脂絶縁層の少な
   くとも一層にスルーホールを設け、該スルーホール内に
   比誘電率が２０以上の誘電物フィラーと有機樹脂とから
   成る誘電物充填体を充填するとともに誘電物充填体の上
   下両面に薄膜配線導体の一部を対向配置させ、薄膜配線
   導体間に容量素子を電気的に接続させたことを特徴とす
   る多層配線基板。
2. 【請求項２】前記誘電物充填体の誘電物フィラーがチタ
   ン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムの少なくとも１
   種よりなることを特徴とする請求項１に記載の多層配線
   基板。
3. 【請求項３】前記誘電物フィラーの粒径が０．５μｍ乃
   至５０μｍであることを特徴とする請求項２に記載の多
   層配線基板。