JPS61176196A - モジユ−ル用配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高密度配線基板に係り、特にモジュール用多
層配線基板に好適なモジュール用配線基板に関する。

〔発明の背景〕

従来、ＩＣやＬＳＩ等の集積回路チップを搭載し、チッ
プ間の接続を行なうための配線基板における配線間絶縁
材料としては１種々の物質を用いる試みがなされてきた
。それらの中でも、電気信号の伝播速度を高速化する目
的で、誘電率が低く厚い膜形成が容易な有機高分子樹脂
を用いる試みが、数多く検討されてきた０例えば、特開
昭５５−１５８６９７号公報には、液状の低粘度ポリイ
ミド系樹脂を加熱硬化させて、多層配線基板の眉間絶縁
膜とする例が示されているが、ここで用いられた通常の
ポリイミド系樹脂は、熱膨張率が４〜７×１０−５／Ｋ
と大きいため、加熱硬化後の熱応力。

すなわち基板や配線材料とポリイミド系樹脂との熱膨張
率差に起因する応力が大きくなり、膜の剥離やクラック
、変形、密着不良などが起こりやすいという欠点があっ
た。また、配線層間の電気容量の低減をはかつて絶縁層
の厚さを厚くした場合や、配線の多層化を試みる場合な
ど、特に絶縁膜の厚さが増大して、熱応力による基板全
体の反りが大きくなるため、上部配線層のバターニング
のためのホトリソグラフィーが困難になるなど、ポリイ
ミド系樹脂を配線基板の配線間絶縁膜として適用するに
は、多くの問題があった。

ところが１本発明者らは、通常のポリイミド系樹脂に比
べて熱膨張率の低い新規なポリイミド系樹脂の開発を知
り、これを配線基板の配線間絶縁材料として適用するこ
とにより、樹脂の熱応力に起因する多くの問題が解決さ
れることを見出した。

本発明は、このような発見にもとづいてなされたもので
ある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除去して、信頼
性に富み、かつ多層微細配線パターンの形成が容易な配
線基板を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、集積回路搭載用配線基板の配線間絶縁材料と
して、熱膨張率が３　Ｘ　１０−５／Ｋ以下である低熱
膨張性物質を適用することを特徴とし。

熱応力に起因する基板の反りや膜の剥離等を防いで、微
細かつ多層の配線パターンを有する配線基板を容易に得
ようとするものである。

絶縁材料としては、誘電率が低く、電気信号の高速伝播
に適した有機高分子樹脂材料を用いるのが望ましく、特
に耐熱性にすぐれたポリイミド系樹脂を用いるのが望ま
しい、また、配線間電気容器を低減するためには、１０
μｍ以上の厚さの絶縁層を膜厚精度良く成膜しなければ
ならないが。

この点からも、液状塗布が可能で、かつ厚い膜形成が容
易なポリイミド系樹脂を用いるのが望ましい。

したがって、熱膨張率の小さい絶縁材料としては１通常
アルミナ、窒化ケイ素、酸化ケイ素等の無機材料が知ら
れているが、本発明による効果を充分生かすためには、
従来のポリイミド系樹脂（熱膨張率４　Ｘ　Ｉ　Ｏ−５
／Ｋ以上）に比べて熱膨張率の小さい新規なポリイミド
を用いるのが最も望ましい。

このような低熱膨張性ポリイミドの基本的な化学構造と
して１例えば 及びまたは °からなるものが挙げられる。ここで、Ｒはアルキル基
、フッ素化アルキル基、アルコキシル基、フッ素化アル
コキシル基、アシル基、ハロゲン、ΩはＯ〜４、ｍはＯ
〜２、ｎは０〜３である０本発明に適用される低熱膨張
性樹脂材料は１分子配列がランダムでも他ポリマに比べ
低熱膨張性、高強度、高弾性、高耐熱性であるが、何ら
かの分子配向処理を行うことによって格段にその性質が
顕著になる。

本発明に適用される低熱膨張性ポリイミドとしては次の
ような例が挙げられる。尚、下記の各式において、Ｒ，
Ｑ、ｍ、ｎは前述の定義の通りであり、ｋは０〜３の整
数である。

本発明に適用される低熱膨張性ポリイミドは、芳香族ア
ミノジカルボン酸誘導体の単独重合、または芳香族ジア
ミンあるいは芳香族ジイソシアナートと、芳香族テトラ
カルボン酸誘導体の反応によって得ることが出来る。テ
トラカルボン酸誘導体としてはエステル、酸無水物、酸
塩化物がある。

酸無水物を用いると１合成上好ましい０合成反応は、一
般的には、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチル
ホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭ
ＡＣ）　、ジメチルスルホキサイド（ＤＭＳＯ）　、硫
酸ジメチル、スルホラン、ブチロラクトン、クレゾール
、フェノール、ハロゲン化フェノール、シクロヘキサノ
ン、ジオキサンなどの溶液中で、０〜２００℃の範囲で
行われる。

本発明に適用される低熱膨張性ポリイミドの合成に用い
られるアミノジカルボン酸誘導体として具体例を挙げる
と、４−アミノフタル酸、４−アミノ−５−メチルフタ
ル酸、４−　（ｐ−アニリノ）−フタル酸、４−　（３
，５−ジメチル−４−アニリノ）フタル酸など、あるい
はこれらのエステル。

酸無水物、酸塩化物などが挙げられる。

本発明に適用される低熱膨張性ポリイミドの合。

成に用いられる芳香族ジアミンとしては１次のものが挙
げられる。

ｐ−フェニレンジアミン、２，５−ジアミノトルエン、
２，５−ジアミノキシレン、ジアミノキシレン（２ｔ　
３　ｖ　５　、６−ｔａｔｒａｍｅｔｈｙｌ　−ｐ　−
ｐｈａｍｙｌｅｎｓｄｉａｍｉｎａ）　、　２　、５−
ジアミノベンシトリフルオライド、２，５−ジアミノア
ニソール、２．５−ジアミノアセトフェノン、２，５−
ジアミノベンゾフェノン、２，５−ジアミノジフェニル
、２．５−ジアミノフルオロベンゼン、ベンジジン、ｏ
−トリジン、ｍ−トリジン、３．３’　。

５．５′−テトラメチルベンジジン、３．３’　−ジメ
トキシベンジジン、３，３′−ジ（トリフルオロメチル
）ベンジジン、３．３’−ジアセチルベンジジン、３．
３′−ジフルオロベンジジン、オクタフルオロベンジジ
ン、４，４′−ジアミノターフェニル、４．４’−ジア
ミノクォータフェニル。

また、これらのジイソシアナート化合物も同様に使用で
きる。

本発明に適用される低熱膨張性ポリイミドの合成に用い
るテトラカルボン酸誘導体としては、ピロメリット酸、
メチルピロメリット酸、ジメチルピロメリット酸、ジ（
トリフルオロメチル）ピロメリット酸、３，３’　、４
，４’　−ビフェニルテトラカルボン酸、５．５′−ジ
メチル−３，３’　。

４．４′−ビフェニルテトラカルボン酸、ｐ−（３，４
−ジカルボキシフェニル）ベンゼン、またはこれらの酸
無水物、酸塩化物、エステルなどが挙げられる。

本発明で適用される低熱膨張性ポリイミドは、低熱膨張
性でないポリマをかなりの量ブレンドまたは共重合させ
ても、その性質をあまり失わない。

本発明で適用されるポリイミドの中には多少機械的に脆
いものも含まれるが、そのようなものに対して、フレキ
シブルな低熱膨張性でないポリマをブレンドあるいは共
重合させることは好ましい場合もある。ブレンドあるい
は共重合し得るポリマとしては、例えば次のようなジア
ミンとテトラカルボン酸誘導体から得られるポリイミド
がある。

芳香族ジアミンの具体例を挙げると、ｍ−フェニレンジ
アミン、４．４’　−ジアミノジフェニルメタン、１，
２−ビス（アニリノ）エタン、４゜４′−ジアミノジフ
ェニルエーテル、ジアミノジフェニルスルホン、２，２
−ビス（ｐ−アミノフェニル）プロパン、２．２−ビス
（ｐ−アミノフェニル）へキサフルオロプロパン、３，
３′−ジメチル−４，４′−ジアミノジフェニルエーテ
ル、３．３′−ジメチル−４，４′−ジアミノジフェニ
ルメタン、ジアミノトルエン、ジアミノベンシトリフル
オライド、１，４−ビス（ｐ−アミノエノキシ）ベンゼ
ン、４，４′−ビス（ｐ−アミノフェノキシ）ビフェニ
ル、２，２−ビス（４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェ
ニル）プロパン、ジアミノアントラキノン、４．４’−
ビス（３−アミノフェノキシフェニル）ジフェニルスル
ホン、１．３−ビス（アニリノ）へキサフルオロプロパ
ン、１，４−ビス（アニリノ）オクタフルオロブタン、
１，５−ビス（アニリノ）デカフルオロペンタン、１，
７−ビス（アニリノ）テトラデカフルオロヘプタン、一
般式 ％式％ （Ｒ，、Ｒ，は２価の有機基、Ｒ４，Ｒ，は１価の有機
基−Ｐｙ　ｑは１より大きい整数）で示されるジアミノ
シロキサン、２，２−ビス（４−（ｐ−アミノフェノキ
シ）フェニル）へキサフルオロプロパン、２，２−ビス
（４−（３−アミノフェノキシ）フェニル）へキサフル
オロプロパン、２，２−ビス（４−（２−アミノフェノ
キシ）フェニル）へキサフルオロプロパン、２，２−ビ
ス（４−（４−アミノフェノキシ）−３，５−ジメチル
フェニル）へキサフルオロプロパン、２，２−ビス（４
−（・４−アミノフェノキシ）−３，５−ジトリプルオ
ロメチルフェニル）へキサフルオロプロパン、ｐ−ビス
（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）ベ
ンゼン、４，４′−ビス（４−アミノ−２−トリフルオ
ロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４′−ビス（４
−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェ
ニル。

４．４′−ビス（４−アミノ−２−トリフルオロメチル
フェノキシ）ジフェニルスルホン、４゜４′−ビス（３
−アミノ−５−トリフルオロメチルフェノキシ）ジフェ
ニルスルホン、２，２−ビス（４−（４−アミノ−３−
トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル）へキサフル
オロプロパン超どのジアミン類、並びにこれらのジアミ
ンとホスゲンなどの反応によって得られるジイソシアナ
ート例えばトリレンジイソシアナート、ジフェニルメタ
ンジイソシアナート、ナフタレンジイソシアナート、ジ
フェニルエーテルジイソシアナート、フェニレン−１，
３−ジイソシアナートなどの芳香族ジイソシアナート類
がある。また、テトラカルボン酸並びにその誘導体とし
ては次のようなものが挙げられる。ここではテトラカル
ボン酸として例示するが、これらのエステル化物、酸無
水物、酸塩化物ももちろん使用出来る。２，３．３’　
。

４′−テトラカルボキシジフェニル、３．３’　。

４．４′−テトラカルボキシジフェニルエーテル、２．
３．３’　、４’−テトラカルボキシジフェニルエーテ
ル、３．３’　、４．４’−テトラカルボキシベンゾフ
ェノン、２，３，３’　、４’−テトラカルボキシベン
ゾフェノン、２，３．８．７−チトラカルポキシナフタ
レン、１，４，５．７−テトラカルボキシナフタレン、
１，２，５．６−テトラカルボキシナフタレン、３．３
’　、４゜４′−テトラカルボキシジフェニルメタン、
２゜２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパ
ン、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）へ
キサフルオロプロパン、３．３’　、４゜４′−テトラ
カルボキシジフェニルスルホン、３゜４．９，１０−テ
トラカルボキシペリレン、２゜２−ビス（４−（３，４
−ジカルボキシフェノキシ）フェニル）プロパン、２，
２−ビス（４−（８，４−ジカルボキシフェノキシ）フ
ェニル）へキサフルオロプロパン、ブタンテトラカルボ
ン酸、シクロペンタンテトラカルボン酸などがある。

また１反応性官能基を有する化合物で変性し、架橋構造
やラダー構造を導入することも出来る８例えば１次のよ
うな方法がある。

（ｉ）一般式（ｍ）で表わされる化合物で変性すること
によって、ピロロン環やイソインドロキナゾリンジオン
環などを導入する。

ここで、Ｒ′は２＋ｘ価の芳香族有機基、ＺはＮＨ，基
、Ｃ０ＮＨ，基、　Ｓｏ、ＮＨ，基から選ばれた基であ
り、アミノ基に対して、オルソ位である。Ｘは１または
２である。

ロロ重合性不飽和結合を有するアミン、ジアミン、ジカ
ルボン酸、トリカルボン酸、テトラカルボン酸の誘導体
で変性して、硬化時に橋かけ構造を形成する。不飽和化
合物としては、マレイン酸、ナジック酸、テトラヒドロ
フタル酸、エチニルアニリンなどが使用できる。

（ｆｉｔ）フェノール性水酸基、あるいはカルボン酸を
有する芳香族アミンで変性し、この水酸基またはカルボ
キシル基と反応しうる橋かけ剤を用い網目構造を形成す
る。

また、本発明において、配線間絶縁膜のふくれや剥離、
密着不良を防ぎ、信頼性に富んだ配線基板を形成するた
めには、絶縁材料と配線材料および基板材料゛との接着
性が重要である。対象となる配線材料としては、銅、ア
ルミニウム、金、銀、モリブデン、タングステン、ニッ
ケル、パラジウム、白金等があり、また基板材料として
は、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、シリコン、ガ
ラス等がある１例えば、前記低熱膨張ポリイミドとこれ
らの材料の接着性を向上させるためには、材料表面を粗
化したり、シランカップリング剤、チタネートカップリ
ング剤、アルミアルコレート。

アルミニウムキレート、ジルコニウムキレート。

アルミニウムアセチルアセトンなどにより表面処理した
りする方法が好ましい。これらの表面処理剤を、前記低
膨張ポリイミドに添加してもよい。

また、接着性を向上させるために、前記低熱膨張ポリイ
ミドに対し、低熱膨張性でないポリマをブレンドまたは
共重合させてもよく、このようなポリマの具体例は、既
に挙げたとおりである。さらに本発明において多層配線
を形成する場合、絶縁膜の積層に伴って樹脂と樹脂の間
の接着性も重要となるが、これについても、絶縁材料や
基板材料に対する接着向上処理と同様の方法を適用すれ
ばよい。

また、本発明で適用した低熱膨張ポリイミドに対して、
より熱膨張係数を下げたり１弾性率を上げたり、流動性
をコントロールしたりするために、無機質、有機質、ま
たは金属などの粉末、繊維。

チョップトストランドなどを混合することも出来る。

〔発明の実施例〕

第１図は、ＬＳＩモジュール用多層配線基板の断面図を
示す、１はセラミック基板、２は配線層。

３は低熱膨張ポリイミドを用いた絶縁層、４はＬＳＩチ
ップ、５はボンディング用半田ボール、６は外部接続用
端子である。

基板１としてシリコンを、配線層２として銅を府い、絶
縁層３として従来のポリイミド樹脂（熱膨張率４　Ｘ　
１０”’／Ｋ）を用いたモジュール用多層配線基板は、
絶縁層厚さが４０μｍを超えると。

基板の反りが大きくなり、上部配線層（幅２０μｍ）の
バターニングが困難になった。また、絶縁層厚さが８０
μｍを超えると、基板と絶一層の境界部分において、熱
膨張率の差に起因する応力により剥離がおこり、配線が
形成できなかった。

これに対し、絶縁層３として、下式（Ａ）に示す化学構
造を持つ低熱膨張ポリイミドを用いたモジュール用多層
配線基板は、絶縁層厚さが１００μｍを超えても何ら問
題は生じなかった。また、基板との接着性を増すために
、（Ａ）式に示す化学構造を持つ低熱膨張ポリイミドに
対して、下式（Ｂ）に示す化学構造を持つポリマを３パ
一セント共重合させたポリイミド樹脂を絶縁層３として
用いたところ、（Ａ）式に示す化学構造のみから成るポ
リイミドを絶縁層として用いた場合と比べても、さらに
熱サイクルに対する寿命が２倍以上に伸び第１図におい
て低熱膨張ポリイミドを絶縁層３に用いた配線基板に、
半田ボール５を介してＬＳＩチップ４を搭載した場合、
チップと絶縁層の熱膨張率の差が小さいため、半田ボー
ルの疲労破断の問題が生じなくなった。したがって、半
田ボールの大きさをより微細化することが可能となり、
実装の高密度化が実現した。

第２図は、従来実現できなかった、ＬＳＩモジュール用
超多層配線基板の断面図を示す、大型コンピュータのＣ
ＰＵを実装するモジュールにおいては、複雑な演算を行
なうために、多くの配線層が必要であり、非常に厚い絶
縁層を形成しなければならない、従来のポリイミド樹脂
では熱応力が大きすぎて不可能であったＣＰＵモジュー
ルも、低熱膨張ポリイミドを適用することにより実現が
可能となった。特に、絶縁層３に適用する低熱膨張ポリ
イミドの熱膨張率をうまくコントロールして、第２図に
おける配線層２と絶縁層３の複合体の部分（多層配線の
部分）の熱膨張率を、ＬＳＩチップ４やセラミック基板
１の熱膨張率とほぼ一致させれば、熱応力に起因する問
題はほとんど解決される。

第３図は、ＬＳＩモジュール用多層配線基板の、ボンデ
ィング用半田ボール５の部分を、低熱膨張ポリイミドで
覆った場合の断面図を示す、この構造をとることにより
、半田ボール部分にかかる熱応力が抑制され、チップ接
続部分の信頼性が増加した。また、半田ボール部分５の
みでなく、ＬＳＩチップ４の一部もしくは全部を低熱膨
張ポリイミドで覆っても、同様の効果が得られた。

第４図は、ＬＳＩモジュール用多層配線基板の、他の実
施例の断面図を示す。チップ背面部を直接配線基板上に
置き、チップと配線層の接続部分７は、ワイヤボンディ
ングもしくはフィルムキャリアを用いた。低熱膨張ポリ
イミドを適用した絶縁層３と、ＬＳＩチップ４との接触
面に生じる熱応力は小さく、信頼性に富む配線基板が形
成できた。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、本発明によれば、微細な配線パタ
ーンを有し、かつ信頼性にすぐれたモジュール用高密度
多層配線基板の形成が可能となる。

特に、配線層数が多い場合は、熱応力による障害の影響
が大きくなるため、本発明の効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、モジュール用多層配線基板の側断面図、第２
図は、モジュール用超多層配線基板の側断面図、第３図
および第４図は、モジュール用多層配線基板の側断面図
である。 １・・・セラミック基板、２・・・配線層、３・・・絶
縁層、４・・・ＬＳＩチップ、５・・・ボンディング用
半田ボール、６・・・外部接続用端子、７・・・ワイヤ
ボンディングまたはフィルムキャリア。 代理人　弁理士　小用勝！、：ｐ （＼２゛、。 寮　１　口 第　２　閏

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＬＳＩチップを搭載するものであつて、１層以上の
   配線層を有し、配線間の絶縁材料として熱膨張率が３×
   １０＾−＾５／Ｋ以下である物質を用いることを特徴と
   するモジュール用配線基板。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記絶縁材料とし
   て有機高分子樹脂を用いることを特徴とするモジュール
   用配線基板。 ３、特許請求の範囲第２項において、上記有機高分子樹
   脂としてポリイミドを用いる事を特徴とするモジュール
   用配線基板。 ４、特許請求の範囲第３項において、前記ポリイミドの
   主鎖は、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
   表等があります▼ および／または ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し、Ｒはアルキル基、フッ素化アルキル基、アルコ
   キシル基、フッ素化アルコキシル基、アシル基、ハロゲ
   ンから選ばれ、ｎは０〜４の整数、ｍは０〜２の整数、
   ｎは０〜３の整数である）から構成されていることを特
   徴とするモジュール用配線基板。 ５、特許請求の範囲第３項において、前記ポリイミド分
   子の単位構造は次の式から選ばれることを特徴とするモ
   ジュール用配線基板。 ▲数式、化学式、表等があります▼（１） ▲数式、化学式、表等があります▼（２） ▲数式、化学式、表等があります▼（３） ▲数式、化学式、表等があります▼（４） ▲数式、化学式、表等があります▼（５） ▲数式、化学式、表等があります▼（６） ▲数式、化学式、表等があります▼（７） ▲数式、化学式、表等があります▼（８） （式中、Ｒはアルキル基、フッ素化アルキル基、アルコ
   キシル基、フッ素化アルコキシル基、アシル基、ハロゲ
   ンから選ばれ、ｋは０〜３の整数、ｌは０〜４の整数、
   ｍは０〜２の整数、ｎは０〜３の整数である。） ６、特許請求の範囲第３項において、前記のポリイミド
   分子に更に他のポリマをブレンド或いは共重合させてな
   るものであることを特徴とするモジュール用配線基板。 ７、特許請求の範囲第３項において、前記ポリイミドは
   芳香族アミノジカルボン酸誘導体の単独重合、または芳
   香族ジアミン若しくは芳香族ジイソシアナートと芳香族
   テトラカルボン酸誘導体との反応物であることを特徴と
   するモジュール用配線基板。 ８、特許請求の範囲第６項において、他のポリマはジア
   ミンとテトラカルボン酸誘導体から得られるポリイミド
   であることを特徴とするモジュール用配線基板。