JPS61212096A - 多層配線板 - Google Patents

多層配線板

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JPS61212096A
JPS61212096A JP5227085A JP5227085A JPS61212096A JP S61212096 A JPS61212096 A JP S61212096A JP 5227085 A JP5227085 A JP 5227085A JP 5227085 A JP5227085 A JP 5227085A JP S61212096 A JPS61212096 A JP S61212096A
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mathematical formulas
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JP5227085A
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稔 田中
房次 庄子
中 横野
旻 村田
和夫 廣田
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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、多層配線板に係り、特に基本に金属を用い、
かつ基体の絶縁に高分子材料を用いた多層配線板に関す
る。
〔従来技術〕
従来、多層配線板は、(1)基体にアルミナセラミクス
、シリコン、モリブデン、タングステン等を用い、この
基板をポリイミド系樹脂で絶縁し、この上に導体層、絶
縁層を交互に積層したもの。(特開昭48−4259、
特開昭55−71091)半導体集積回路基板上に設け
られた複数の配線導体相互間、およびその上の二層目以
上の絶縁層としてポリイミド系樹脂を用いたものカ知ら
れている。(特公昭5l−44871)絶縁層に用いて
いるポリイミド樹脂は、耐熱性が350°C以上と高く
、誘電率が低いため高速信号伝送用配線基板機として好
適である。
しかし、基材とポリイミド系樹脂との熱膨脹係数が不整
合であることから、積層数あるいは総5lNj厚みを大
きくできなかった。一般の熱硬化性i IIイsir樹
脂は、300〜350℃で硬化させる。そして硬化樹脂
の熱膨脹係数は、20〜6o×10−6/℃であり、そ
のうえ20〜300℃の範囲では。
ぼ一定である。
一方基板であるアルミナセラミクス、シリコン、モリブ
デン、タングステンの熱膨脹係数は夫々6〜9 X 1
0−’、2.4X10−6.5.9X10−8 (30
〜500℃)、4.4X10−’ C50〜500℃)
程度である。
例えば、基体に60tWIIOのアルミナセラミクスを
用い、絶縁層に熱膨脹係数40 X 1 o−61c、
弾性係1[00kg/−のポリイミド樹脂を用いた場合
、ポリイミド樹脂の総積層厚みは150μm程度が限界
であった。
そしてこれ以上積層すると、ポリイミド樹脂とセラミク
ス基板の熱膨脹係数の不整合に起因する両界面の歪によ
り、セラミクス基板がハクリした。また、積層厚みが1
50μmn以下であっても、基材にそりが発生した。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、前記した従来技術の欠点をなくし、積
層数あるいは総1fRfilI厚みを増大させうる多層
配線基板を提供することだある。
上記した目的は、多層配線板の実用温度領域では熱膨張
係が小さく、かつポリイミド系樹脂を硬化させる高温領
域では熱膨張係が大きくなる正特性の非直線熱膨脹係数
を有する材料を基体とし、絶縁層ポリイミド系樹脂とし
た多層配線板で達成される。
この多層配線、仮は、シリコン素子に適用できる。シリ
コン素子と多層配線板を電気的1機械的に接続した後の
常温領域あるいは、これを実用に供する実用温度領域で
は、(一般的には100℃以下)多層配線板の熱膨脹係
数はシリコンに限りなく近い。
前述の非直線熱膨脹係数を有する基板が、実使用温度領
域で膨張係数が小さいことを要求する意味はここにある
基体のヤング率がポリイミド系の樹脂より大きく、かつ
基体の厚みが適当量あれば、多層配線板のポリイミド系
樹脂の層の膨張は基体によって割筒され、基体の膨張係
数に近いものになる。
従って、実用温度領域における膨張係数がシリコンに近
い基体を用いれば、シリコン素子と膨張係数の整合のと
れた多層配線板を得ることができる。
一方、基体とポリイミド系樹脂層との残留歪は、極力押
える必要がある。このためには、樹脂硬化時の温度、す
なわち300〜350℃の温度での基体の膨張量はポリ
イミド系樹脂層のそれとほぼ等しいことが望ましい。
前述の非直線熱膨脹係数を有する基体で高温領域で熱膨
脹係数が大きいことを要求する意味はここにある。すな
わち、硬化完了時での高温領域において、ポリイミド系
樹脂層と基体との膨張量をほぼ等しい状態にしておくこ
とで、室温にもどした時には残留歪を非常に小さい値に
することができる。
以下、本発明で使用する材料などについて説明する。基
体は、非直線熱膨脹係数を有する材料を用いる。具体的
には、Ni−40〜50%、Co−0〜5%残りFeの
Fe−Ni合金を用いる。この種の合金は、100°C
以下での膨張係数を4 X 10− ’/’(・以下に
、また200°C以上での膨張係数を10X10プ/℃
以上とすることができる。
上記材料よりなる基体の片面あるいは両面に順次積層す
るi IJイミド系樹脂からなる絶縁層は、それ自身の
熱膨脹係数が小さいことが望ましく、具体的には4X1
0−5/℃以下がよい。
絶縁層は、周知のようfワニス状のポリイミド樹脂を基
体上にスビンコートシ、これを熱硬化させて形成するか
、予めフィルム状に成形したポリイミド樹脂を接着剤を
介して基板などに貼りつけて形成する。
前者は、1回当りの工程で通常2〜10μm厚さのポリ
イミド樹脂層が形成できるので、所望の厚みを積層する
には同一工程を繰返えすことになる。
一方、後者は1回の接着工程で所望の厚さを形成するこ
とができ、プロセス的には容易である。しかしこのため
には、基体表面の凹凸あるいは、複層積層の場合の層間
導体の凹凸等を平担化し更に十分な接着強度を有する接
着剤が必要である。しかも、この接着剤は、耐熱性、ホ
リイミドフイルムとの相性から同系列のポリイミド樹脂
からなる溶融平担性を有することが望ましい。
上記のワニス状のポリイミド樹脂の硬化物、ポリイミド
フィルムおよびポリイミド樹脂接着剤は、いずれも熱膨
脹係数が4X10−5/℃であり接着剤は、溶融平坦性
の良い゛ものである。
本発明で用いるポリイミドフィルムの化学構造は、例え
ば一般式 C但し上式中R6は〉(、ン距−@: 、 a’はであ
って、)L6.R,?はいずれも上記の群のうちから選
ばれた少なくとも一種類である。)の繰返し本位からな
るものである。
好マシ<は、P−フェニレンジアミンと3゜3Z 41
.4/−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、6.3
′−ジメチルベンチジンおよび4I41−ジアミノジフ
ェニルエーテルと3+57+’+4′−ビフェニルテト
ラカルボン酸二無水物・3゜3′−ジメチルベンジジオ
ヨU P −y z ニレyジアミンと3. 5’、 
 4. 4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、
4.4′−シアミッタ7エ二ルおよびa、a’ジアミノ
ジフェニルニーテルト3+  3’*  ’r  ”−
ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、4,4′−ジア
ミノタフzニルおよびP−7zニレンジアミンと5+ 
37. ’l ”−ビフェニルテトラカルボ/酸二無水
物、3 +  ”−ジメチルベンジジンおよび4.4′
−ジアミノジフェニルエーテルとピロメリットm二m水
物の等モルを縮重合したものである。
本発明で用いる接着剤用の溶融平坦性ポリイミド樹脂の
化学構造は、例えば、一般式(但し、上式中R1は炭素
数1〜6個のアルキル基、水酸基R2は炭素数1〜6個
のアルキル基、R3は炭素数2〜6個のアルキレン基、
炭素数6〜12個の芳香族基、R4は −rζ−9−0
−0−◎−であってR4、R5はいずれも上記の群から
選ばれた少な(とも一種類、mは0゜1.2又は3.n
は正の整数である。)で表わされるポリイミド、末端エ
チニル基又はノルボルネン基を有する付加反応型ポリイ
ミドである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を、実施例によって更に詳細に!12明す
る。
実施例1 第1図(a)に示すようにFe−Ni系合金からなる非
直線熱膨脹係数を有する基体1上に、次式で示されるポ
リイミド前躯体ワニス 等モル量のジアミン成分と酸二無水物成分の反応したも
の、ジアミン成分は3,4′−ジアミノジフェニルエー
テル97モル%およびr−アミノプロピルトリエトキシ
シラン3モル%の混合物を使用、ワニス中のポリイミド
前駆体含有量3Qwt%溶媒はジメチルアセトアミド)
をスピンナ塗布し、窒素ガス雰囲気中は10−’Tor
rの真空中で150°Cで30分間加熱してポリイミド
前駆体よりなる第1層目のW着剤層2−1を形成した。
基に1の表面の細かい凹はほとんど平坦化した。
次いで第2図(b)に示すように厚さ40μmの下記繰
り返し単位を有するポリイミドフィルム3をポリイミド
前駆体よりなる第1層目の接着剤層2−1上におき、3
oo/cdで加圧しながら、200°Cで30分間加熱
し、更に400°Cで60分加熱して接着した。
その後、熱着法、スパッタリング法等の周知の金属膜形
成技術を用いて、第1図(C)のように第1層目の接着
層2′−1上に形成した第1層目のポリイミドフィルム
5−1上に厚さ2μmのアルミニウム製の金属層4を形
成した。
更に、これも周知の写真食刻技術を用いて第1図(d)
に示すように第1層目の配線導体5−1をパターニング
した。
次に第1図(a)お上び由)で説明した手順で第1図(
e)、(f)に示すように、第2層目の接着剤層2−2
を形成し、この上に第2M#目のポリイミドフィルム3
−2を接着した。
しかるのちに第1図(g)に示すようにスパッタリング
法により、厚さ3000〜4000人のモリブデン製メ
タルマスク6を形成した。
次いで、周知の写真食刻技術によりメタルマスク6の所
定の部分を選択的に除失して第2層目のポリイミドフィ
ルム3−2が露出するように室7を設けた。
次いで第1図(h)に示すよ51C第2M目のボリイミ
ドフィルム3−2および第2層目のポリイミドの接着層
2′−2を0.プラズマ法あるいはエツチング液忙浸す
等の周知の化学的、物理的なエツチング手段を用いて選
択的に除去して孔8を形成した。この段階で孔8の位置
に相当する第1層目の配線導体5−1の表面が露出され
たしかるのちにメタルマスク6を全て除去した。
次に第1図(C)および(d)で説明した手段により第
1図(i)k示したように第1層目の配線導体5−1と
電気的に接続した第2層目の配線導体5−2を形成した
第3層以上の配線導体を有する多層配線板を形成する場
合には、上記した方法を繰返えして行なえばよい。
以上のようにして製造した多層配線板は、基体とポリイ
ミド樹脂層との間の残留応力が小さく、両者間のはくも
りも生じないものとなった1実施例2 第2図は、基体10両面に、それぞれポリイミドフィル
ムを絶縁層とした多層配線層を形成したものである。実
ts例1で説明した形成手段と相違する点のみを以下述
べる。
基体1には上下配線層を電気的に接続するためのスルー
ホール9が必要であるが、これは予め、周知の放電加工
技術で所定の位置に孔加工を施したものを使用した。
基体10両面にある第1層目のポリイミドフィルム3−
1と第1層目の配線導体5−1は、それぞれ交互に形成
した。2層目以上も同様である。
本実施例での配線導体層は、Cr−Cu−Crとした。
これは、スルーホール9の内面を導体材寥;で十分に埋
めるためであり、Crは厚さ1000Aをスパッタによ
り、Cuは厚さ1μmをスパッタにより、残り1μmを
めっきにより、Crは厚さ1000Aをスパッタにより
形成した。
実施例3 第3図は実施例2の構成に加え、第3図の多層配線板を
複数個積層するための接続パッド10−1および10−
2を設けたものである。
配線導体層5−1および5−2の上に第3層目の接着層
2′−3を形成した。ついで、これの所定の位置に先に
述べた写真食刻法で接続パッド10−1.10−2を形
成する位置に孔を形成した。
その後、第3層目の接着層2′−3の全面に八95%、
 5r15%の組成のはんだ材料の層を蒸着法で形成し
た。
そして、写真食刻法により接続パッド10−1゜10−
2を形成した。
なお、以上のようにして形成した接続パッド同志を、位
置合せして重ね、30(−加圧下に200℃で間加熱し
、更に350℃で5分間加熱して、第3図の多層配線板
を少なくとも二つ接続すれば、暦数の非常忙多い配線板
となる。
実施例4〜8 ポリイミドフィルムに第1表の試料A1〜ム5のものを
用いた以外は、実施例1と同様の結果を得た。
実施例9〜12 接着剤に第2表の試料&6〜&10のポリイミド前駆体
を用いた以外は、実施例1と同様にして多層配線板を製
造し、実施例1と同様の結果を得た。
以下余白 〔発明の効果〕 以と説明してきたように、本発明によれば、各実施例で
以下の積層数あるいは総積層厚の多層配線基板が実現で
き、論理回路数の多い集積回路を実装できる配線基板を
構成することが可能となる。
〔実施例1〕 積層数  5以上 積層厚 200μm
以上〔実施例2〕 実施例102倍 〔実施例3〕 実施例203倍以上。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る多層配線板の製造工程を示す図、
第2図、第3図は本発明に係る多層配線板の断面図であ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基体の少なくとも片面に絶縁層と配線導体層が交互
    に積み重ねられており、かつ配線導体間がスルーホール
    内に充填された導体で接続されている多層配線板におい
    て、基板がNi:30〜50重量%、Co:0〜5重量
    %、残部FeよりなるFe−Ni系合金であり、絶縁層
    が熱膨脹係数4×10^−^5/℃以下のポリイミド樹
    脂であることを特徴とする多層配線板。 2、前記絶縁層が熱膨脹係数4×10^−^5/℃以下
    のポリイミドフィルムを基体もしくは配線導体と熱膨脹
    係数4×10^−^5/℃以下のポリイミド樹脂接着層
    で接着させたものであることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の多層配線板。 3、前記ポリイミドフィルム層が、一般式(1)で表わ
    される繰り返し単位からなるものであって、かつ ▲数式、化学式、表等があります▼・・・(1) 熱膨脹係数4×10^−^5/℃、以下のポリイミド樹
    脂よりなることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載
    の多層配線板。 但し、一般式(1)中R^6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▼、R^
    7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▼、▲数式、化学式、表等がありま
    す▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼ であり、R^6、R^7はいずれも上記の群のうちから
    選ばれた少なくとも一種類である。 4、前記ポリイミド樹脂接着層が、一般式(1)で表わ
    されるものであって、かつ熱膨脹係数4×10^−^5
    /℃以下のものであることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の多層配線板。 ▲数式、化学式、表等があります▼ ・・・・・・(2) 但し、一般式(2)中R^1は炭素数1〜6個のアルキ
    ル基、水酸基、R^2は炭素数1〜6個のアルキル基、
    R^3は炭素数2〜6個のアルキル基、炭素数6〜12
    個の芳香族基、R^4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▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、 R^5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▼、▲数式、化学式、表等があ
    ります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼であり、R^4 R^5はいずれも上記の群のうちから選ばれた少なくと
    も一種類、mは0.1または2、nは正の整数である。 5、前記ポリイミドフィルム層が下記(a)〜(d)(
    a)▲数式、化学式、表等があります▼ (b)▲数式、化学式、表等があります▼ および▲数式、化学式、表等があります▼ (c)▲数式、化学式、表等があります▼ および▲数式、化学式、表等があります▼ (d)▲数式、化学式、表等があります▼ および▲数式、化学式、表等があります▼ のいずれかで表わされる繰返し単位からなるものであっ
    て、かつ熱膨脹係数が4×10^−^5/℃以下のもの
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の多
    層配線板。 6、前記ポリイミド樹脂接着層が、一般式(3)で示さ
    れるものであって、かつ熱膨脹係数が4×10^−^5
    /℃以下のものであることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の多層配線板。 ▲数式、化学式、表等があります▼ ・・・・・・(3) 但し、一般式(3)中R^1はメチル、エチル、プロピ
    ル、R^3はプロピレン、フェニレン、R_4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▼、R^5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▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼ であり、R_1、R^3、R^4、R^5はいずれも上
    記の群のうちから選ばれた少なくとも一種類であり、R
    ^2はメチルであり、mは0、1、2又は3、nは正の
    整数である。 7、基体の少なくとも片面に絶縁層と配線導体層が交互
    に積み重ねられており、かつ配線導体間がスルーホール
    内に充填された導体接続されていて、前記配線導体層の
    最上層の所定の位置に接続用はんだパットが設けられて
    いることを特徴とする多層配線板。
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