JPH10335835A

JPH10335835A - 多層配線基板

Info

Publication number: JPH10335835A
Application number: JP13713097A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Nishimoto; 昭彦西本; Takahiro Matsuoka; 孝浩松岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 1998-12-18
Anticipated expiration: 2017-05-27
Also published as: JP3199661B2

Abstract

(57)【要約】【課題】少なくとも有機樹脂を含む絶縁層を有する従来
の配線基板では強度が低く衝撃性に弱く、過酷な条件下
での長期安定性に欠ける等の問題があった。【解決手段】少なくとも有機樹脂を含む絶縁層２と、導
体回路３とが多層に積層された多層配線基板１におい
て、基板１の内部に、有機樹脂と繊維状または針状のフ
ィラーとを含む複合材料、セラミックスのうちの少なく
とも１種からなり、表面絶縁層よりも高い強度を有し、
且つ前記表面絶縁層との室温から１５０℃における熱膨
張差が１０ｐｐｍ／℃以下の高強度絶縁層を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも有機樹
脂を含む絶縁層と導体回路とを具備し、半導体用パッケ
ージや混成集積回路基板等に用いられる多層配線基板に
関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来より、配線基板、例えば、半導体素子
を収納するパッケージに使用される配線基板として、比
較的高密度の配線が可能な多層セラミック配線基板が多
用されている。この多層セラミック配線基板は、アルミ
ナなどの絶縁基板と、その表面に形成されたＷやＭｏ等
の高融点金属からなる配線導体とから構成されるもの
で、この絶縁基板の一部に凹部が形成され、この凹部内
に半導体素子が収納され、蓋体によって凹部を気密に封
止されるものである。

【０００３】ところが、このような多層セラミック配線
基板を構成するセラミックスは、硬くて脆い性質を有す
ることから、製造工程または搬送工程において、セラミ
ックスの欠けや割れ等が発生しやすく、半導体素子の気
密封止性が損なわれることがあるために歩留りが低い等
の問題があった。

【０００４】また、多層セラミック配線基板において
は、焼結前のグリーンシートにメタライズインクを印刷
して、印刷後のシートを積層して焼結させて製造される
が、その製造工程において、高温での焼成により焼成収
縮が生じるために、得られる基板に反り等の変形や寸法
のばらつき等が発生しやすいという問題があり、回路基
板の超高密度化やフリップチップ等のような基板の平坦
度の厳しい要求に対して、十分に対応できないという問
題があった。

【０００５】そこで、最近では、プリント基板では銅箔
を接着し基板表面にエッチング法により微細な回路を形
成したり、回路パターン印刷した後に積層して多層化し
た基板も提案されている。また、このようなプリント基
板においては、その強度を高めるために、有機樹脂に対
して、無機質フィラーを分散させた基板も提案されてお
り、これらの複合材料からなる絶縁基板上に多数の半導
体素子を搭載したマルチチップモジュール（ＭＣＭ）等
への適用も検討されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな有機樹脂と無機質フィラーとの複合材料からなる絶
縁基板は、セラミック多層基板に比較して強度が低いた
めに、配線基板を過酷な条件での使用で、過度の応力が
付与されたり、衝撃が加わった際に、基板が変形したり
割れ等により配線が断線するなどの問題があった。

【０００７】そこで、有機樹脂とフィラーとの複合材料
の高強度化の手法としては、例えば繊維状、針状のフィ
ラーを添加すること等も行うことができるが、配線基板
としての絶縁性や内部に形成された導体回路やスルーホ
ール等との熱膨張のマッチング性や、絶縁基板としての
誘電率や誘電損失などの電気的特性を満足させることも
必要であり、また、最近では内部にコンデンサやフィル
ターとしての機能を内蔵させる場合もあり、これら絶縁
基板として要求される種々の特性を満足しつつすべての
絶縁層を高強度層によって形成することは、材料設計上
も非常に難しい問題であった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記のよ
うな問題点について鋭意検討した結果、少なくとも有機
樹脂を含む絶縁層と、導体回路とが多層に積層された多
層配線基板において、その基板内部に、表面の絶縁層よ
りも高強度の絶縁層を内蔵させることにより、多層配線
基板としての電気的特性に影響を与えることなく配線基
板全体の強度の向上を図ることができることを知見し本
発明に至った。

【０００９】即ち、本発明の多層配線基板は、少なくと
も有機樹脂を含む絶縁層と、導体回路とが多層に積層さ
れた多層配線基板において、該基板の内部に、表面絶縁
層よりも高い強度を有し、且つ前記表面絶縁層との室温
から１５０℃における熱膨張差が１０ｐｐｍ／℃以下の
高強度絶縁層を具備することを特徴とするものであり、
さらには、前記高強度絶縁層が、有機樹脂と繊維状また
は針状のフィラーとを含む複合材料、セラミックスのう
ちの少なくとも１種からなること、また、前記高強度絶
縁層の強度が１５０ＭＰａ以上であることを特徴とす
る。

【００１０】本発明の多層配線基板によれば、基板内部
に、高強度の絶縁層を具備することにより、基板表面付
近において、絶縁基板としての電気的特性や内部導体回
路等とのマッチングを図るために低強度の絶縁層を用い
たとしても、多層配線基板全体としての強度を高めるこ
とができる。しかも、この高強度絶縁層と表面絶縁層と
の熱膨張係数を１０ｐｐｍ／℃以下とすることにより、
過酷な熱サイクル下においても優れた長期安定性を実現
することができる。

【００１１】これにより、回路の超微細化、精密化の要
求に応えつつ、過度の応力が付与されたり、衝撃が加わ
った際でも、基板が変形したり割れ等を生じることのな
い高強度で且つ信頼性の高い多層配線基板を提供でき
る。その結果、薄型基板や、携帯情報端末等の小型情報
機器の基板やメモリーカード等小型基板等においても高
信頼性の基板を提供できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の多層配線基板の概略図を
図１に示した。本発明の多層配線基板１は、複数の絶縁
層２と、導体回路３をと具備し、導体回路３は、絶縁層
２間、または絶縁層２の表面に形成されている。また、
表面の導体回路３は、例えば、半導体素子（図示せず）
と電気的に接続される。

【００１３】本発明によれば、上記絶縁層は、少なくと
も有機樹脂を含むものであり、例えば、ＰＰＥ（ポリフ
ェニレンエーテル樹脂）、ＢＴレジン（ビスマレイドト
リアジン）、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹
脂、フェノール樹脂、ポリアミノビスマレイミド等の樹
脂からなり、とりわけ原料として室温で液体の熱硬化性
樹脂からなることが望ましい。

【００１４】また、この絶縁層中には、それ自体の強度
や熱膨張係数を調整するために、上記の有機樹脂に無機
質フィラーを配合することができる。絶縁層中に５０〜
８０体積％の割合で均一に分散されるのが適当である。

【００１５】この複合材料を構成するフィラーとして
は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、Ａｌ
Ｎ、ＳｉＣ、ＢａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ゼオライ
ト、ＣａＴｉＯ₃、ＭｇＴｉＯ₃、ほう酸アルミニウム
等の公知の材料が使用できる。

【００１６】また、本発明において、導体回路として
は、銅、アルミニウム、金、銀から選ばれる少なくとも
１種を含むことが望ましい。また、回路の必要に応じ
て、Ｎｉ−Ｃｒ等の高抵抗の金属を用いる場合もある。

【００１７】本発明によれば、上記の多層配線基板にお
いて、内部に、表面の絶縁層２よりも高強度を有する高
強度絶縁層４を具備するものである。この高強度絶縁層
４は、基板の反りや変形を防止する観点から配線基板の
中心に設けることが望ましい。また、この高強度絶縁層
４は、強度が、試験片寸法０．５×３×１５ｍｍ、スパ
ン１０ｍｍの３点曲げ強度において、１５０ＭＰａ以
上、特に３００ＭＰａ以上であることが望ましい。

【００１８】また、高強度絶縁層と表面の絶縁層との室
温から１５０℃までの熱膨張係数差を１０ｐｐｍ／℃以
下、特に、８ｐｐｍ／℃、さらには６ｐｐｍ／℃以下と
することによって、高強度層と表面絶縁層との積層不良
がなく、熱サイクル下においても長期使用が可能とな
り、信頼性を高めることができる。

【００１９】この高強度絶縁層４は、表面の絶縁層２と
のマッチング性の点において、表面絶縁層２を構成する
有機樹脂と同一の有機樹脂を含むことが望ましく、強度
を大きくするためには、例えば、有機樹脂に対して、繊
維状または針状のフィラーを含有せしめることが望まし
い。なお、表面の絶縁層２中にも繊維状の無機質フィラ
ーを含む場合には、繊維状または針状のフィラーの量を
表面の絶縁層よりも多くすることにより高強度化を図る
ことができる。

【００２０】このような繊維状または針状のフィラーと
しては、ガラスファイバー、ホウ酸アルミニウムウイス
カー、ガラス織布（クロス）、ガラス不織布、アラミド
織布、アラミド不織布、チタン酸カリウムウイスカー等
が挙げられ、これらの中でもガラスクロス、ガラス不織
布、アラミド織布、アラミド不織布が最も効果的であ
る。

【００２１】また、高強度絶縁層としては、上記の有機
樹脂を含む材料以外に、セラミックスであってもよく、
例えば、アルミナ、ガラスセラミックス、Ｓｉ₃Ｎ₄、
ＡｌＮなどが挙げられるが、表面の絶縁層と熱膨張係数
が近似することが望ましい。

【００２２】従って、セラミックスとして、１０ｐｐｍ
／℃以上の高熱膨張セラミックスが望ましい。このよう
な高熱膨張のセラミックスとしては、特開平８−２７９
５７４９号に記載されるようなアルミナ質焼結体、ガラ
スセラミック焼結体、特開平９−７４１５３号等に記載
されるような、リチウム珪酸ガラスにフォルステライト
やクオーツを配合し焼成し、結晶相として、クオーツ、
トリジマイト、クリストバライトなどの結晶相を含むセ
ラミックスなどが好適である。

【００２３】次に、上記の多層配線基板を作製するに
は、まず、絶縁層として、有機樹脂、または有機樹脂と
フィラーからなる組成物を混練機や３本ロールなどの手
段によって十分に混合し、これを圧延法、押し出し法、
射出法、ドクターブレード法などによってシート状に成
形した後、有機樹脂を半硬化させる。半硬化には、有機
樹脂は熱可塑性樹脂の場合には加熱下で混合したものを
冷却し、熱硬化性樹脂の場合には完全硬化するに十分な
温度よりもやや低い温度に加熱すればよい。

【００２４】そして、この絶縁層に対して、所望により
打ち抜き法やレーザー加工によってビアホールを形成し
て導体ペーストを充填する。導体ペースト中に配合され
る金属粉末としては、銅、アルミニウム、銀、金のうち
の少なくとも１種の低抵抗金属からなることが望まし
く、有機溶剤とバインダーを添加しペーストを得ること
ができる。

【００２５】次に、半硬化状態の絶縁層の表面に導体回
路を形成する。導体回路の形成には、銅等の金属箔を絶
縁層に接着剤で張りつけた後に、回路パターンのレジス
トを形成して酸等によって不要な部分の金属をエッチン
グ除去するか、予め打ち抜きした金属箔を張りつける。
他の方法としては、絶縁層の表面に導体ペーストを回路
パターンにスクリーン印刷や、フォトレジスト法等によ
って形成して乾燥後、加圧して配線回路を絶縁層表面に
埋め込み絶縁層に密着させることで形成できる。また、
配線回路をフィルム、ガラス、金属板上にメッキ、金属
箔を形成し、これをエッチングにより回路パターンを形
成し、絶縁層上に加圧しながら転写することにより配線
回路を絶縁層表面に埋め込む。

【００２６】そして、上記のようにして作製した絶縁層
を所望の枚数積層し、１５０〜３００℃の硬化温度で加
熱して絶縁層の有機樹脂を完全に硬化させる。

【００２７】本発明では、上記の積層工程において、多
層配線基板の内部に強度が表面の絶縁層の強度よりも大
きい高強度絶縁層を積層する。この強度の大きい絶縁層
は、前述した通り、フィラーとして繊維状または針状の
フィラーを含有するか、または、内部および最外層とも
に同様の繊維状または針状のフィラーを用いた場合、こ
れらのフィラーの量を内部の絶縁層よりも最外層の絶縁
層における含有量の多い絶縁層を作製して、これに配線
回路や、所望によりビアホール導体を形成した後に、こ
の高強度絶縁層を基板内部に配設して他の絶縁層と積層
すればよい。

【００２８】また、高強度の絶縁層を前記セラミックス
によって構成する場合には、あらかじめ焼成したセラミ
ックスの両側に、前記有機樹脂を含む絶縁層を積層し一
体化すればよい。また、この高強度絶縁層に対しても、
配線回路を形成したり、ビアホールを形成後、表面絶縁
層と同様にホール内に導体ペーストを充填して、高強度
絶縁層の上下に形成された配線層と電気的な接続を行う
ことができる。

【００２９】

【実施例】高強度絶縁層として、ガラス布、アラミド不
織布にＢＴレジン、ＰＰＥ、ポリイミドを５０体積％含
浸乾燥させ厚さ２００μｍのプリプレグを作製した。ま
た、ＢＴレジンにアスペクト比６のほう酸アルミニウム
（Ａｌ₁₈Ｂ₄Ｏ₃₃）ウイスカー（ＡｌＢＯ（Ｗ））を４
０〜６０体積％加え、これに溶媒として酢酸ブチル、ト
ルエン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）を加え、さらに
有機樹脂の硬化を促進させるための触媒を添加し、攪拌
翼が公転および自転する攪拌機により１時間混合した
後、スラリーをドクターブレード法により厚さ２００μ
ｍのシート状に成形した。

【００３０】比較用の高強度用の絶縁層として、ＢＴレ
ジン、ＰＰＥ、ポリイミドに平均粒径が５μｍの球状溶
融ＳｉＯ₂を５０体積％加え、これに溶媒として酢酸ブ
チル、トルエン、ＭＥＫを加え、さらに有機樹脂の硬化
を促進させるための触媒を添加し、攪拌翼が公転および
自転する攪拌機により１時間混合した後、スラリーをド
クターブレード法により厚さ２００μｍの絶縁層を作製
した。

【００３１】また、表面の絶縁層として、ＢＴレジン、
ＰＰＥ、ポリイミドに平均粒径が５μｍの球状溶融Ｓｉ
Ｏ₂、ＢａＴｉＯ₃、ＭｇＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃を表
１、２の比率で加え、これに溶媒として酢酸ブチル、ト
ルエン、ＭＥＫを加え、さらに有機樹脂の硬化を促進さ
せるための触媒を添加し、攪拌翼が公転および自転する
攪拌機により１時間混合した後、スラリーをドクターブ
レード法により厚さ２００μｍのシート状に成形した。

【００３２】上記のようにして作製した各絶縁層に対し
て、室温〜１５０℃における熱膨張係数を測定しその結
果を表１に示した。

【００３３】次に、これらの絶縁層を１５０ｍｍ□にカ
ットし、ＣＯ₂レーザーによりビアホールを形成した。
この絶縁層に銅を主成分とする導体ペーストをスクリー
ン印刷法により線幅５０μｍ、回路間距離５０μｍの回
路を形成し、ビアホールにも同様の導体ペーストを埋め
込んだ。そして、高強度絶縁層１層を中心として、その
上下に表面絶縁層を上下２層づつ積層し、合計５層とし
て、これを２００℃、２時間、窒素中で完全硬化させて
多層配線基板を作製した。

【００３４】また、高強度層として、試料Ｎo.２０につ
いては、重量比でＳｉＯ₂７４％−Ｌｉ₂Ｏ１４％−Ａ
ｌ₂Ｏ₃４％−Ｐ₂Ｏ₅２％−Ｋ₂Ｏ２％−ＺｎＯ２％
−Ｎａ₂Ｏ２％のガラス３５体積％、フォルステライト
５０体積％、クオーツ１５体積％からなる組成物をシー
ト状に成形し１０００℃で焼成してセラミックス、試
料Ｎo.２１については、上記のガラス３４体積％、フォ
ルステライト６６体積％からなる組成物をシート状に成
形し１０００℃で焼成したセラミックスを用いた。な
お、このセラミックスを用いた試料については、焼成前
のシート状成形体にマイクロドリルによってビアホール
を形成し、銅ペーストを充填して同時焼成した。そし
て、焼成後のセラミック表面に、銅ペーストを回路パタ
ーンに印刷して８００℃で焼き付け処理した後、上記と
同様にして表面絶縁層と積層して熱処理して表面絶縁層
を完全硬化させ、５０×５０×０．２ｍｍの寸法の多層
配線基板を作製した。

【００３５】なお、各絶縁層の抗折強度は、試験片寸法
０．５×３×１５ｍｍ、スパン１０ｍｍの３点曲げ強度
測定に基づき測定し、また、多層配線基板の強度につい
て、１０ｍｍのスパンで荷重を印加し、基板が破壊に至
るときの破壊荷重を測定し表１、２に示した。

【００３６】また、得られた多層配線基板に対しては、
半導体素子及びその他電子部品をダイボンディングペー
ストにより最外層の絶縁層表面に接着した後、高さ２０
０ｃｍからの自然落下させて各試料について２０個の試
料のうち損傷した基板の数を調べ表１、２に示した。

【００３７】さらに、多層配線基板に対して、−４０〜
１２５℃の熱サイクルを印加し、絶縁層間の剥離の有無
を観察し、各試料について２０個の試料のうち不良が観
察された基板の数を調べ表１、２に示した。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】表１、２から明らかなように、各種有機樹
脂に球状シリカを加えた絶縁層のみからなる試料Ｎo.１
〜３では、その基板強度はせいぜい１２５ＭＰａ以下で
あり、落下試験では、ほとんどの基板は損傷した。ま
た、高強度絶縁層を設けても、その熱膨張差が１０ｐｐ
ｍ／℃よりも大きいと熱サイクル試験において、絶縁層
の剥離が観察され、安定性に欠けることがわかった。

【００４１】これに対して、本発明の多層配線基板は、
基板破壊強度を格段に向上させることができる結果、落
下試験において良好な結果を示し、さらに熱サイクル試
験においても、絶縁層の剥離を抑制し安定性に優れたも
のであった。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の多層配線基
板は、有機樹脂を含む絶縁層と、基板内部に強度が高
く、表面絶縁層との熱膨張差の小さい高強度絶縁層を設
けることにより、回路の超微細化、精密化の要求に応え
つつ、過度の応力が付与されたり、高い温度や衝撃が加
わった際でも、基板が変形したり割れ等を生じることの
ないことから、薄型基板や、携帯情報端末等の小型情報
機器の基板やメモリーカード等小型基板等においても高
信頼性の基板を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多層配線基板の概略図である。

【符号の説明】

１多層配線基板２絶縁層３導体回路４高強度絶縁層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも有機樹脂を含む絶縁層と、導体
回路とが多層に積層された多層配線基板において、該基
板の内部に、表面絶縁層よりも高い強度を有し、且つ前
記表面絶縁層との室温から１５０℃における熱膨張差が
１０ｐｐｍ／℃以下の高強度絶縁層を具備することを特
徴とする多層配線基板。
【請求項２】前記高強度絶縁層が、有機樹脂と繊維状ま
たは針状のフィラーとを含む複合材料、セラミックスの
うちの少なくとも１種からなることを特徴とする請求項
１記載の多層配線基板。
【請求項３】前記高強度絶縁層の強度が１５０ＭＰａ以
上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の多層配線基板。