JPH11195872A - 多層薄膜配線基板 - Google Patents

多層薄膜配線基板

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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は層間接合を行なうビア(VIA) を具備す
る多層薄膜配線基板に関し、ビアの断線を防止すること
により高い信頼性を実現することを課題とする。 【解決手段】セラミック基材34上に複数の配線層36
〜46と層間絶縁層48とを積層した構造を有すると共
に、前記層間絶縁層48を貫通するよう配線層36〜4
6を積層した構造の層間接続ビア50を有する多層薄膜
配線基板において、前記層間接続ビア50を構成する複
数の配線層36〜46の内、第2配線層38を前記セラ
ミック基材34の延在方向に延出するよう複数分岐させ
ることにより分岐ビア54を形成し、かつ、この分岐ビ
ア54をセラミック基材34に最も近い位置にある第1
配線層36に接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は多層薄膜配線基板に
係り、特に層間接合を行なうビア(VIA) を具備する多層
薄膜配線基板に関する。近年、いわゆるMCM(Multi-
Chip-Module)基板等の高密度な配線を可能とした多層薄
膜配線基板が実用化され、コンピュータ等の電子機器に
適用されている。この多層薄膜配線基板は、絶縁層と配
線層を積層した構成とされている。
【0002】絶縁層は、通常ポリイミドが使用されてお
り、スピンコートにより非常に薄い絶縁層が形成可能で
ある。また、配線層もスパッタリングと高感度レジスタ
を使用したエッチングにより形成することから、高密度
パターンの形成が可能となっている。この多層薄膜配線
基板は、基板表面に実装されたLSI,入出力ピン等の
電子部品の端子(信号,電源,グランド)をビアを介し
て各所望の層に接続し、これにより部品相互の配線,電
源供給等を可能とした構造となっている。
【0003】ところで、近年では、LSIの高密度化に
よる端子数の増大に伴い、半田バンプを用いてフリップ
チップ実装を行なう実装方式が普及している。更に、多
層薄膜配線基板に搭載されるLSIの発熱量は、年々増
加の傾向にある。よって、端子数の増大に対応できると
共に、放熱特性の良好な多層薄膜配線基板の実現が望ま
れている。
【0004】
【従来の技術】図3は、従来の多層薄膜配線基板2にお
ける層間接続ビア20の形成位置を拡大して示す図であ
る。同図に示される多層薄膜配線基板2は、セラミック
基材4,第1乃至第6配線層6〜16,層間絶縁層1
8,及び層間接続ビア20等により構成されている。ま
た、同図では、層間接続ビア20の上部に半田バンプ2
2が接合された例を示している。
【0005】第1乃至第6配線層6〜16は、セラミッ
ク基材4上に層間絶縁層18を介して順次積層形成され
ている。この配線層6〜16の内、第1配線層6はグラ
ンド層,第2配線層8は電源層,第3乃至第5配線層1
0〜14は信号層,そして第6配線層16は表面層とさ
れている。この各配線層6〜16は、層間絶縁層18を
介在させて積層されることにより、各配線間は絶縁が保
たれている。
【0006】また、層間接続ビア20の形成位置におい
ては、層間絶縁層18は配設されていない。このため、
各配線層6〜16は直接積層された構造となり、よって
層間接続ビア20により第1配線層6と第6配線層16
は電気的に接続された構成となる。また、図3に示す例
では、第6配線層16の上部には半田バンプ22が接続
されている。この半田バンプ22は、例えばLSI(図
示せず)の外部接続端子として機能するものである。よ
って、半田バンプ22は層間接続ビア20を介して第1
配線層16と電気的に接続し、これによりLSIと多層
薄膜配線基板2は電気的に接続された状態となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ここで、上記構成とさ
れた多層薄膜配線基板2に設けられる層間接続ビア20
の機械的強度について考察する。層間接続ビア20は、
前記したように各配線層6〜16が直接積層された構造
とされている。特に、層間接続ビア20の最下部近傍に
注目すると、第1配線層6はセラミック基材4にいわゆ
るベタ層の状態で配設されており、その上部に所定の径
寸法とされた第2乃至第5配線層8〜15が積層された
構成とされている。
【0008】この構成において、例えば実装時等におい
て多層薄膜配線基板2に熱が印加されると、LSIとセ
ラミック基材4との間に熱膨張差が発生する。この熱膨
張差は、LSIとセラミック基材4との間に形成されて
いる層間接続ビア20に応力として印加される。層間接
続ビア20は、図示されるように、層間絶縁層18に支
持された構造となっているが、層間絶縁層18は例えば
ポリイミド等の可撓性を有する樹脂であるため、上記の
ように層間接続ビア20に熱膨張差に起因した応力が印
加されると、層間接続ビア20は層間絶縁層18の可撓
変形を伴いセラミック基材4の面方向(矢印X方向)に
変位する。
【0009】また、層間接続ビア20を構成する最下部
に位置する第1配線層6は硬質のセラミック基材4にベ
タ層の状態で形成されているためその機械的強度は強
い。しかるに、層間接続ビア20を構成する第2配線層
8は、小径とされているため、上記した応力はこの第2
配線層8が第1配線層6と接合している位置(即ち、図
中矢印Aで示す破線で囲む位置)に集中してしまう。こ
のため、最悪の場合には第2配線層8が第1配線層6か
ら剥離し断線してしまい、よって従来構成の多層薄膜配
線基板2では十分な信頼性を得ることができないという
問題点があった。
【0010】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、ビアの断線を防止することにより高い信頼性を実
現しうる多層薄膜配線基板を提供することを目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、次の手段を講じたことを特徴とするもの
である。請求項1記載の発明では、ベース材上に複数の
配線層と絶縁層とを積層した構造を有すると共に、前記
絶縁層を貫通するよう前記配線層を積層した構造のビア
を有する薄膜多層配線基板において、前記ビアを構成す
る複数の配線層の内、少なくとも一層の配線層を前記ベ
ース材の延在方向に延出するよう複数分岐させることに
より分岐ビアを形成し、かつ、前記分岐ビアを前記複数
の配線層の内、前記ベース材に近い位置にある配線層に
接合した構成としたことを特徴とするものである。
【0012】また、請求項2記載の発明では、前記請求
項1記載の多層薄膜配線基板において、前記ビアの分岐
位置を、前記配線層内の信号配線の配設位置より前記ベ
ース材に近い位置に設定したことを特徴とするものであ
る。また、請求項3記載の発明では、前記請求項1また
は2記載の多層薄膜配線基板において、前記ビアを、前
記分岐ビアと共に前記ベース材に近い位置にある配線層
に接合した構成としたことを特徴とするものである。
【0013】更に、請求項4記載の発明では、前記請求
項3記載の多層薄膜配線基板において、前記ビアの前記
ベース材と異なる側の端部は接合された構成であること
を特徴とするものである。上記の各手段は、次のように
作用する。
【0014】請求項1記載の発明によれば、ビアを構成
する複数の配線層の内、少なくとも一層の配線層を前記
ベース材の延在方向に延出するよう複数分岐させて分岐
ビアを形成し、この分岐ビアをベース材に近い位置にあ
る配線層に接合したことにより、ビアに印加される応力
は複数の分岐ビアに分散される。このため、個々のビア
及び分岐ビアに印加される応力の大きさは低減され、よ
ってビア及び分岐ビアに剥離が発生することを確実に防
止することができる。
【0015】また、請求項2記載の発明によれば、ビア
の分岐位置を、配線層内の信号配線の配設位置よりベー
ス材に近い位置に設定したことにより、分岐ビアが配線
層の邪魔になることを防止でき、配線層の配置位置設定
の自由度を向上させることができる。また、請求項3記
載の発明によれば、ビアを分岐ビアと共にベース材に近
い位置にある配線層に接合したことにより、ビアと接合
される被接合要素(例えば、半導体チップ)が発熱する
ものである場合、発生する熱をビアを分岐ビアを介して
放熱することができ、放熱効率の向上を図ることができ
る。
【0016】更に、請求項4記載の発明によれば、ビア
のベース材と異なる側の端部に、外部接続端子を接合し
た場合に、半導体チップとベース材との熱膨張差による
応力や、ベース材を実装基板に対して保持させるための
応力に対して十分な強度を持たせることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面と共に説明する。図1は、本発明の一実施例である
多層薄膜配線基板30の層間接続ビア50の形成位置を
拡大して示す図であり、図2は本実施例に係る多層薄膜
配線基板30を適用してなるマルチチップモジュール6
0(MCM)を示している。
【0018】先ず、図2を用いて多層薄膜配線基板30
の適用態様の一例について説明する。MCM60は、大
略すると多層薄膜配線基板30,半導体チップ62,入
出力ピン64,及び冷却フィン66等により構成されて
いる。多層薄膜配線基板30は、後に詳述するように、
セラミック基材34(ベース材)上に第1乃至第6配線
層36〜46を形成した構成とされている。この多層薄
膜配線基板30には、半田バンプ52を介して複数の半
導体チップ62が接合されると共に、複数の入出力ピン
64が立設されている。
【0019】また、多層薄膜配線基板30のセラミック
基材34の配設側には、冷却フィン66が配設されてい
る。冷却フィン66は、熱伝導性の高い例えばアルミニ
ウムにより形成されており、また空気との接触面積を増
大させて放熱特性を良好とするために多数の凹凸を有し
た構成とされている。この冷却フィン66は、例えば高
熱伝導性接着剤を用いてセラミック基材34に固定され
る。
【0020】上記構成とされたMCM60において、多
層薄膜配線基板30は、入出力ピン64と半導体チップ
62とを電気的に接続し、半導体チップ62に対し外部
との信号の授受及び電源の供給を行なう機能を奏するも
のである。また、多層薄膜配線基板30は、多層セラミ
ック基板や多層プリント配線基板に比べて薄型化を図る
ことができるため、多層薄膜配線基板30を用いること
によりMCM60の小型化を図ることができる。
【0021】続いて、図1を用いて多層薄膜配線基板3
0の構成について説明する。多層薄膜配線基板30は、
セラミック基材34,第1乃至第6配線層36〜46,
層間絶縁層48,層間接続ビア50,及び複数の分岐ビ
ア54等により構成されている。セラミック基材34は
薄い平板形状を有しており、第1乃至第6配線層36〜
46及び層間絶縁層48を形成する際のベース材として
機能するものである。前記した放熱フィン66は、セラ
ミック基材34の第1乃至第6配線層36〜46及び層
間絶縁層48の形成される面と反対側の面に配設され
る。
【0022】第1乃至第6配線層36〜46は例えば銅
(Cu)により形成されており、セラミック基材34上
に層間絶縁層48を介して順次積層形成される。層間絶
縁層48は絶縁性樹脂により形成されており、その材質
としては、例えばポリイミド樹脂を適用することができ
る。この第1乃至第6配線層36〜46及び層間絶縁層
48は、周知のホトリソグラフィー技術を用いて形成す
ることができる。
【0023】即ち、先ずセラミック基材34上に銅膜を
薄膜形成技術(例えば、スパッタリング等)を用いて形
成し、次に形成された銅膜の上部にホトレジストをスピ
ナー等により塗布する。続いて、このホトレジストに対
し露光処理,現像処理等を実施することにより、銅膜を
除去する位置に対応する位置のホトレジストを除去す
る。次にエッチング処理を行なうことにより不要な銅膜
を除去し、続いてホトレジストを除去することにより、
所定パターン形状の第1配線層48を形成する。
【0024】次に、第1配線層48が形成されたセラミ
ック基材34上に感光性のポリイミド樹脂を塗布し、所
定位置に露光処理を行い続いて現像処理を行なうことに
より、所望位置のみに層間絶縁層48を形成する。その
後、上記の処理を繰り返し実施することにより順次配線
層38〜46及び層間絶縁層48を形成し、これにより
多層薄膜配線基板30が形成される。
【0025】また本実施例では、上記の各配線層36〜
46の内、第1配線層36はグランド層,第2配線層3
8は電源層,第3乃至第5配線層40〜44は信号層,
そして第6配線層46は表面層とされている。前記のよ
うに、各配線層36〜46は層間絶縁層48を介在させ
て積層されてるため、層間絶縁層48が形成されていな
い位置を除き、各配線層36〜46の間は絶縁が保たれ
ている。
【0026】続いて、層間接続ビア50について説明す
る。層間接続ビア50は、半田バンプ22が接続された
第6配線46と第1配線層36とを電気的に接続するた
め、層間絶縁層48を貫通して形成されている。具体的
には、層間接続ビア50の形成位置においては、層間絶
縁層48は配設されていないため、よって図示されるよ
うに各配線層36〜16は直接積層された構造となり、
よって層間接続ビア50により第1配線層36と第6配
線層46は層間接続され構成となる。
【0027】また、図2に示したように、第6配線層4
6の上部には半田バンプ22或いは入出力ピン64が接
続されている(図1では、半田バンプ22が接続された
例を図示している)。前記したように、半田バンプ22
は半導体チップ62の外部接続端子として機能するもの
であり、また入出力ピン64はMCM60を実装基板に
実装する際の外部接続端子として機能するものである。
よって、半導体チップ62と入出力ピン64とは、半田
バンプ22及び多層薄膜配線基板30を介して電気的に
接続された状態となる。
【0028】ここで、上記構成とされた層間接続ビア5
0の第2配線層38に注目する。本実施例では、第2配
線層38は複数の分岐ビア54を一体的に形成してお
り、各分岐ビア54はセラミック基材34の延在方向
(図中、矢印Xで示す方向)に延出するよう構成されて
いる。この分岐ビア54は、上記延在方向に延出するア
ーム状の延出部56と、この延出部56の先端において
セラミック基材34に向け突出する接合部58とにより
構成されている。また、接合部58は、セラミック基材
34に最も近い位置にある配線層である第1の配線層3
6に接合されている。
【0029】また、本実施例では、分岐ビア54の層間
接続ビア50の中心位置から接合部58までの離間距離
L1は例えば約60μmとされており、また各接続部5
8及び層間接続ビア50の直径寸法は約20μmとされ
ている。尚、この離間距離L1及び直径寸法L2は、上
記の寸法に限定させるものではなく、層間接続ビア50
の長さ,層間絶縁層48の可撓性,及び印加される応力
の大きさ等により適宜選定することが可能である。
【0030】次に、分岐ビア54の作用について説明す
る。いま、多層薄膜配線基板30に対して加熱処理(例
えば実装時における加熱処理)が実施された場合を想定
する。多層薄膜配線基板30に熱が印加されると、半導
体チップ62とセラミック基材34との間には熱膨張差
が発生し、この熱膨張差は半導体チップ62とセラミッ
ク基材34との間に形成されている層間接続ビア50に
応力として印加される。
【0031】図3を用いて説明した、従来構成の多層薄
膜配線基板2では、この熱膨張差に起因した応力が全て
層間接続ビア20に印加される構成であったため、特に
セラミック基材4に近い位置A、具体的には第1配線層
36と第2配線層38との接合位置において剥離が発生
してしまうことは前述した通りである。しかるに、本実
施例に係る多層薄膜配線基板30は、層間接続ビア50
を構成する第2配線層38に複数の分岐ビア54を一体
的に形成しており、かつ分岐ビア54を構成する接合部
58は第1配線層36に接合された構成となっている。
これにより、第2の配線層38は、層間接続ビア50と
同軸的な位置に形成された接合部38aと、延出部56
の先端部に形成されている複数の接合部58により、複
数の位置で第1配線層36と接合された構成となってい
る。即ち、層間接続ビア50は複数箇所において支持さ
れた構成となっている。
【0032】このため、上記のように層間接続ビア50
に応力が印加されても、この応力は接合部38a及び各
接合部58に分散して印加されることとなり、よって個
々の接合部38a,58に印加される応力の大きさは低
減される。これにより、各接合部38a,58がセラミ
ック基材34に固定された第1配線層36から剥離する
ことを確実に防止することができ、よって多層薄膜配線
基板30の信頼性を向上させることができる。
【0033】また、本実施例の構成では、分岐ビア54
が層間接続ビア50から分岐する位置を、セラミック基
材34に近い位置に設定している。換言すれば、信号配
線となる第3乃至第5配線層40〜46の配設位置より
セラミック基材34に近い位置に設定している。この構
成とすることにより、分岐ビア54が信号配線となる第
3乃至第5配線層40〜46の邪魔になることを防止で
き、第3乃至第5配線層40〜46の配置位置設定の自
由度を向上させることができる。
【0034】更に、本実施例では、層間接続ビア50及
び分岐ビア54をセラミック基材34に最も近い位置に
ある第1配線層36に接合したことにより、半導体チッ
プ62で発生する熱を層間接続ビア50及び分岐ビア5
4を介して放熱させることができ、よって放熱効率の向
上を図ることができる。尚、図1に示す例では、分岐ビ
ア54を図中左右方向に夫々延出形成した構成を示した
が、分岐ビア54の数は2つに限定されるものではな
く、任意に形成することが可能なものである。
【0035】また、本実施例では、分岐ビア54を第2
配線層38から延出させた構成としたが、分岐ビア54
の分岐位置は第2配線層38に限定されるものではな
く、他の配線層40〜46から分岐させる構成とするこ
とも可能である。
【0036】
【発明の効果】上述の如く本発明によれば、次に述べる
種々の効果を実現することができる。請求項1記載の発
明によれば、個々のビア及び分岐ビアに印加される応力
の大きさを低減することができ、よってビア及び分岐ビ
アが剥離することを防止することができるため、多層薄
膜配線基板の信頼性を向上させることができる。
【0037】また、請求項2記載の発明によれば、分岐
ビアが配線層の邪魔になることを防止でき、配線層の配
置位置設定の自由度を向上させることができる。また、
請求項3記載の発明によれば、ビアと接合される被接合
要素(例えば、半導体チップ)が発熱するものである場
合、発生する熱をビアを分岐ビアを介して放熱すること
ができ、放熱効率の向上を図ることができる。
【0038】更に、請求項4記載の発明によれば、半導
体チップとベース材との熱膨張差による応力や、ベース
材を実装基板に対して保持させるための応力に対して十
分な強度を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である多層薄膜配線基板の層
間接続ビアの形成位置近傍を拡大して示す断面図であ
る。
【図2】本発明の一実施例である多層薄膜配線基板を適
用したMCMを示す図である。
【図3】従来の一例である多層薄膜配線基板の層間接続
ビアの形成位置近傍を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
30 多層薄膜配線基板 34 セラミック基材 36 第1配線層 38 第2配線層 40 第3配線層 42 第4配線層 44 第5配線層 46 第6配線層 48 層間絶縁層 50 層間接続ビア 52 半田バンプ 54 分岐ビア 56 延出部 58 接続部 60 MCM 62 半導体チップ 66 冷却ファン
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成10年1月16日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
【図3】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベース材上に複数の配線層と絶縁層とを
    積層した構造を有すると共に、前記絶縁層を貫通するよ
    う前記配線層を積層した構造のビアを有する多層薄膜配
    線基板において、 前記ビアを構成する複数の配線層の内、少なくとも一層
    の配線層を前記ベース材の延在方向に延出するよう複数
    分岐させることにより分岐ビアを形成し、 かつ、前記分岐ビアを前記複数の配線層の内、前記ベー
    ス材に近い位置にある配線層に接合した構成としたこと
    を特徴とする多層薄膜配線基板。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の多層薄膜配線基板におい
    て、 前記ビアの分岐位置を、前記配線層内の信号配線の配設
    位置より前記ベース材に近い位置に設定したことを特徴
    とする多層薄膜配線基板。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の多層薄膜配線基
    板において、 前記ビアを、前記分岐ビアと共に前記ベース材に近い位
    置にある配線層に接合した構成としたことを特徴とする
    多層薄膜配線基板。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の多層薄膜配線基板におい
    て、 前記ビアの前記ベース材と異なる側の端部は接合された
    構成であることを特徴とする多層薄膜配線基板。
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