JPH11168280A - 多層配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】有機樹脂絶縁層を間に挟んで上下に位置する薄
膜配線導体層間の電気的接続の信頼性が低い。 【解決手段】基板上１に、有機樹脂絶縁層２と薄膜配線
導体層３とを交互に多層に積層するとともに上下に位置
する薄膜配線導体層３を各有機樹脂絶縁層２に設けたス
ルーホール８内に充填されているスルーホール導体１０
を介して接続してなる多層配線基板であって、前記各ス
ルーホール８内の底面中央部に突起部材９が配設されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、混成集積回路装置や半導体素子収
納用パッケージ等に使用される多層配線基板はその配線
導体がＭｏーＭｎ法等の厚膜形成技術によって形成され
ている。

【０００３】このＭｏーＭｎ法は通常、タングステン、
モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末に有機溶剤、
溶媒を添加混合し、ペースト状となした金属ペーストを
生セラミック体の外表面にスクリーン印刷法により所定
パターンに印刷塗布し、次にこれを複数枚積層するとと
もに還元雰囲気中で焼成し、高融点金属粉末と生セラミ
ック体とを焼結一体化させる方法である。

【０００４】なお、前記配線導体が形成されるセラミッ
ク体としては、通常、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
酸化物膜を被着させた窒化アルミニウム質焼結体や炭化
珪素質焼結体等の非酸化物系セラミックスが使用され
る。

【０００５】しかしながら、このＭｏーＭｎ法を用いて
配線導体を形成した場合、配線導体は金属ペーストをス
クリーン印刷することにより形成されることから微細化
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。

【０００６】そこで上記欠点を解消するために配線導体
を従来の厚膜形成技術で形成するのに変えて微細化が可
能な薄膜形成技術を用いて高密度に形成した多層配線基
板が採用されるようになってきた。かかる多層配線基板
は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体等から成るセラ
ミックスやガラス繊維を織り込んだ布にエポキシ樹脂を
含浸させて形成されるガラスエポキシ樹脂等から成る絶
縁基板と、該絶縁基板の上面にスピンコート法及び熱硬
化処理等によって形成されるエポキシ樹脂から成る有機
樹脂絶縁層と、銅やアルミニウム等の金属をめっき法や
蒸着法等の薄膜形成技術及びフォトリソグラフィー技術
を採用することによって形成される薄膜配線導体層とを
交互に多層に積層させるとともに上下に位置する薄膜配
線導体層を有機樹脂絶縁層に設けたスルーホールの内部
に無電解めっき法を採用することによって充填されてい
るスルーホール導体を介して電気的に接続させた構造を
有しており、有機樹脂絶縁層の上面に、前記薄膜配線導
体層と電気的に接続するボンディングパッドを形成して
おき、該ボンディングパッドに半導体素子や容量素子、
抵抗器等の電子部品の電極を半田等を介し接続させるよ
うになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この多
層配線基板においては、有機樹脂絶縁層に形成されてい
るスルーホールの直径が一般に５０〜２５０μｍ程度で
あり、スルーホールの容積が大きいことからこのスルー
ホールの内部全体に無電解めっき法によりスルーホール
導体を充填させるとスルーホール導体の内部に大きな応
力が生じてスルーホール導体自体にクラックが発生し、
その結果、スルーホール導体で有機樹脂絶縁層の上下に
位置する薄膜配線導体層を確実に電気的接続することが
できないという欠点を有していた。

【０００８】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的はスルーホール導体にクラックが発生する
のを有効に防止し、スルーホール導体を介して有機樹脂
絶縁層の上下に位置する薄膜配線導体層を確実に電気的
接続することができる多層配線基板を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に、有
機樹脂絶縁層と薄膜配線導体層とを交互に多層に積層す
るとともに上下に位置する薄膜配線導体層を各有機樹脂
絶縁層に設けたスルーホール内に充填されているスルー
ホール導体を介して接続してなる多層配線基板であっ
て、前記各スルーホール内の底面中央部に突起部材が配
設されていることを特徴とするものである。

【００１０】また本発明は、前記突起部材の外周とスル
ーホールの内壁面との間隔をａとしたとき、５μｍ≦ａ
であることを特徴とするものである。

【００１１】本発明の多層配線基板によれば、有機樹脂
絶縁層に形成されているスルーホール内の底面中央部に
突起部材を配設したことからスルーホール内の容積が小
さく成り、スルーホールの内部全体に無電解めっき法に
よりスルーホール導体を充填させた場合、スルーホール
導体はその量が少なくなって内部に大きな応力が発生内
在することはなく、その結果、スルーホール導体自体に
前記応力によってクラックが発生することはなく該スル
ーホール導体で有機樹脂絶縁層の上下に位置する薄膜配
線導体層を確実に電気的接続することができる。

【００１２】

【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は基板、２は有機樹脂絶縁層、３は薄膜配
線導体層である。

【００１３】前記基板１はその上面に有機樹脂絶縁層２
と薄膜配線導体層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。

【００１４】前記基板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や炭化
珪素質焼結体等の非酸化物系セラミックス、更にはガラ
ス繊維を織り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、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウ
ム、酸化カルシウム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（セラミツク生シ
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１６００℃）で焼成することによって、あ
るいは酸化アルミニウム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製するとともに該
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
には、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。

【００１５】また、前記基板１には上下両面に貫通する
孔径が例えば、直径０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ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。

【００１６】前記貫通孔５は後述する基板１の上面に形
成される多層配線部４の薄膜配線導体層３と外部電気回
路とを電気的に接続する、或いは基板１の上下両面に多
層配線部４を配設した場合には両面の多層配線部４の薄
膜配線導体層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、例えば、基板１にドリ
ル孔あけ加工法等を施すことによって基板１の所定位置
に所定形状に形成される。

【００１７】更に、前記貫通孔５の内壁及び基板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
はニッケルや銅等の金属材料よりなり、例えば、ニッケ
ルより形成されている場合には、貫通孔５を有する基板
１を硫酸ニッケル４０グラム／リットル、クエン酸ナト
リウム２４グラム／リットル、酢酸ナトリウム１４グラ
ム／リットル、次亜リン酸ナトリウム２０グラム／リッ
トル、塩化アンモニウム５グラム／リットルから成る無
電解めっき浴を用いて厚さ１μｍ乃至４０μｍのニッケ
ル層を被着させ、しかる後、前記ニッケル層をエッチン
グ加工法により所定パターンに加工することによって貫
通孔５の内壁に両端を基板１の上下両面に導出させた状
態で被着形成される。

【００１８】前記導電層６は基板１の主面に配設される
多層配線部４の薄膜配線導体層３を外部電気回路に電気
的に接続したり、基板１の上下両面に配設される各々の
多層配線部４の薄膜配線導体層３同士を電気的に接続す
る作用をなす。

【００１９】また、前記基板１に形成した貫通孔５はそ
の内部にエポキシ樹脂等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は
完全に埋められ、同時に有機樹脂充填体７の両端面が基
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。

【００２０】前記有機樹脂充填体７は基板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
層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と薄膜配線導体層３の平坦化を維
持させる作用をなす。

【００２１】なお、前記有機樹脂充填体７は基板１の貫
通孔５内にエポキシ樹脂等の前駆体を充填し、しかる
後、これに８０〜２００℃の温度を０．５〜３時間印加
し、完全に熱硬化させることによって基板１の貫通孔５
内に充填される。

【００２２】更に、前記基板１はその上面に有機樹脂絶
縁層２と薄膜配線導体層３とが交互に多層に積層されて
多層配線部４が形成されており、且つ薄膜配線導体層３
の一部は導電層６に電気的に接続している。

【００２３】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層３の電気的絶縁を
図る作用をなすとともに薄膜配線導体層３は電気信号を
伝達するための伝達路として作用する。

【００２４】前記多層配線部４の有機樹脂絶縁層２は、
感光性、或いは熱硬化性のエポキシ樹脂やビスマレイミ
ドトリアジン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ふっ
素樹脂等から成り、例えば、酸触媒型の感光性エポキシ
樹脂からなる場合には、フェノールノボラック樹脂、メ
チロールメラミン、ジアリルジアゾニウム塩にプロプレ
ングリコールモノメチルエーテルアセテートを添加混合
してペースト状の酸触媒型感光性エポキシ樹脂前駆体を
得るとともに、該酸触媒型の感光性エポキシ樹脂前駆体
を基板１の上部にスピンコート法やドクターブレード法
により所定厚みに被着させ、次に、これを高圧水銀ラン
プ等を用いた露光機により１〜３Ｊ／ｃｍ³ のエネルギ
ーで所定の露光を行い、所定領域を光硬化させるととも
にスプレー現像機等で現像して後述するスルーホール８
となる穴を形成し、しかる後、これを１８０℃の温度で
３０〜６０分間加熱し、完全に硬化させることによって
形成される。

【００２５】また、前記多層配線部４の有機樹脂絶縁層
２にはその各々にスルーホール８が形成されており、該
スルーホール８は基板１に形成した導電層６と薄膜配線
導体層３とを電気的に接続するとともに間に有機樹脂絶
縁層２を挟んで上下に位置する薄膜配線導体層３の各々
を電気的に接続する接続路として作用する。

【００２６】前記スルーホール８は有機樹脂絶縁層２に
窓部を有するレジスト材を塗布するとともに該レジスト
材の窓部に位置する有機樹脂絶縁層２をエッチングする
ことによって、あるいは有機樹脂絶縁層２が感光性の有
機樹脂で形成されている場合には感光性有機樹脂前駆体
に露光処理を施して光硬化させる際、一部に露光しない
領域を設けておくことによって形成され、特に有機樹脂
絶縁層２を感光性エポキシ樹脂等の感光性有機樹脂で形
成しておくと、前述したとおり有機樹脂絶縁層２を形成
する際に、基板１の上部に塗布された例えば、酸触媒型
感光性エポキシ樹脂前駆体の所定領域に露光を施すこと
によって有機樹脂絶縁層２に直接、形成され、有機樹脂
絶縁層２にスルーホール８を形成するためのレジスト材
を別途、準備する必要は全くなく、これによって有機樹
脂絶縁層２に簡単にスルーホール８を形成することが可
能となるとともに製品としての多層配線基板を安価とな
すことができる。従って、前記有機樹脂絶縁層２は光硬
化性の有機樹脂で形成しておくことが好ましい。

【００２７】なお、前記スルーホール８を有する有機樹
脂絶縁層２はその各々の厚みが１００μｍを超えると感
光性エポキシ樹脂前駆体に露光、現像処理を施すことに
よってスルーホール８となる穴を形成する際、或いは有
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、光の広がり
や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５
μｍ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層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。

【００２８】また前記各有機樹脂絶縁層２はその上面に
所定パターンの薄膜配線導体層３が、スルーホール８内
部の底面中央部に突起部材９が、更にスルーホール８の
内部にスルーホール導体１０が各々配設されており、ス
ルーホール導体１０によって基板１に形成した導電層６
と薄膜配線導体層３とが、また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層３の各々が電気
的に接続されるようになっている。

【００２９】前記各有機樹脂絶縁層２の上面に形成され
ている薄膜配線導体層３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電解めっき法、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ており、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鋼めっき浴を用いて厚さ１μｍ〜
４０μｍの銅層を被着させ、しかる後、前記銅層をエッ
チング加工技術を採用すること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間に配設され
る。この場合、薄膜配線導体層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層３を極めて高密度に形成すること
が可能となる。

【００３０】前記薄膜配線導体層３はその厚みが１μｍ
未満となると薄膜酎緑導体層３の電気抵抗が大きなもの
となって薄膜配線導体層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４０μｍを超えると薄
膜配線導体層３を有機樹脂絶縁層２に被着させる際、薄
膜配線導体層３内に大きな応力が発生内在し、該内在応
力によって薄膜配線導体層３が有機樹脂絶縁層２より剥
離し易いものとなってしまう。従って、前記薄膜配線導
体層３の厚みは１μｍ乃至４０μｍの範囲としておくこ
とが好ましい。

【００３１】また前記有機樹脂絶縁層２に設けたスルー
ホール８の内部にはスルーホール導体１０が充填されて
おり、該スルーホール導体１０によって有機樹脂絶縁層
２を間に挟んで上下に位置する薄膜配線導体層３が電気
的に接続されるようになっている。

【００３２】前記スルーホール導体１０は、銅等の金属
材料から成り、例えば、無電解めっき法を採用すること
によって、具体的にはスルーホール８の内部全体に硫酸
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
無電解銅めっき浴を用いて銅を充填させることによって
形成される。

【００３３】なお、前記スルーホール導体１０はその材
質を薄膜配線導体層３の材質と同じにしておくと有機樹
脂絶縁層２の上面に薄膜配線導体層３を形成する際に同
時にスルーホール８の内部にスルーホール導体１０を充
填させることができ、製造工程を少なくすることができ
る。従って、前記スルーホール導体１０はその材質を薄
膜配線導体層３の材質と同じにしておくことが好まし
い。

【００３４】更に前記有機樹脂絶縁層２に設けたスルー
ホール８内の底面中央部には突起部材９が形成されてお
り、該突起部材９はスルーホール８の容積を小さくして
スルーホール導体１０内に大きな応力が発生内在するの
を有効に防止する作用をなす。

【００３５】前記突起部材９は有機樹脂や無機物、金属
材料等により形成されており、例えば、下部に位置する
有機樹脂絶縁層２に形成した薄膜配線導体層３上に、予
め金属や無機物、有機樹脂で突起部材９を形成してお
き、次にこの有機樹脂絶縁層２上に上部の有機樹脂絶縁
層２をスピンコート法等を採用することによって形成
し、しかる後、この上部の有機樹脂絶縁層２のうち前記
突起部材９と対向する位置にスルーホール８を形成する
ことによって上部の有機樹脂絶縁層２に形成したスルー
ホール８の底面中央部に形成される。

【００３６】前記突起部材９は有機樹脂絶縁層２に設け
たスルーホール８の底面中央部に形成されていることか
らスルーホール８内にめっき法等によってスルーホール
導体１０を充填する際、スルーホール導体１０はスルー
ホール８の内壁面から内側に向かって順次析出して形成
されるためスルーホール導体１０を介して上下に位置す
る薄膜配線導体層３を確実に電気的接続することができ
る。

【００３７】前記突起部材９はまたその外周とスルーホ
ール８の内壁面との距離をａとしたときａ＜５μｍとな
るとめっき液の循環が悪くなってスルーホール８の内部
全体にスルーホール導体１０を充填することができず、
これによって上下に位置する薄膜配線導体３のスルーホ
ール導体１０を介しての電気的接続の信頼性が大きく低
下してしまう危険性がある。従って、前記突起部材９は
その外周とスルーホール８の内壁面との距離をａとした
ときａ≧５μｍとしておくことが好ましい。かくして、
本発明の多層配線基板によれば、基板１の上面に被着さ
せた多層配線部４上に半導体素子や容量素子、抵抗器等
の電子部品を搭載実装させ、電子部品の各電極を薄膜配
線導体層３に電気的に接続させることによって半導体装
置や混成集積回路装置となり、基板１に形成されている
導電層６を外部電気回路に接続すれば半導体装置や混成
集積回路装置は外部電気回路に電気的に接続されること
となる。

【００３８】なお、本発明は上述した実施例に限定され
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
いては基板１の上面のみに有機樹脂絶縁層２と薄膜配線
導体層３とから成る多層配線部４を設けたが、多層配線
部４を基板１の下面側のみに設けても、上下の両面に設
けてもよい。

【００３９】

【発明の効果】本発明の多層配線基板によれば、有機樹
脂絶縁層に形成されているスルーホール内の底面中央部
に突起部材を配設したことからスルーホール内の容積が
小さく成り、スルーホールの内部全体に無電解めっき法
によりスルーホール導体を充填させた場合、スルーホー
ル導体はその量が少なくなって内部に大きな応力が発生
内在することはなく、その結果、スルーホール導体自体
に前記応力によってクラックが発生することはなく該ス
ルーホール導体で有機樹脂絶縁層の上下に位置する薄膜
配線導体層を確実に電気的接続することができる。

【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部分拡
大断面図である。

【符号の説明】

１・・・・基板 ２・・・・有機樹脂絶縁層 ３・・・・薄膜配線導体層 ４・・・・多層配線部 ６・・・・導電層 ８・・・・スルーホール ９・・・・突起部材 １０・・・スルーホール導体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に、有機樹脂絶縁層と薄膜配線導体
   層とを交互に多層に積層するとともに上下に位置する薄
   膜配線導体層を各有機樹脂絶縁層に設けたスルーホール
   内に充填されているスルーホール導体を介して接続して
   なる多層配線基板であって、前記各スルーホール内の底
   面中央部に突起部材が配設されていることを特徴とする
   多層配線基板。
2. 【請求項２】前記突起部材の外周とスルーホールの内壁
   面との間隔をａとしたとき、５μｍ≦ａであることを特
   徴とする請求項１に記載の多層配線基板。