JP2869202B2

JP2869202B2 - 混成集積回路の製造方法

Info

Publication number: JP2869202B2
Application number: JP5367091A
Authority: JP
Inventors: 晴彦森; 明風見
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1991-02-27
Filing date: 1991-02-27
Publication date: 1999-03-10
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: JPH04273191A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は混成集積回路の製造方法
に関し、詳細には、絶縁金属基板上に多層回路を形成し
た混成集積回路の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】単一の導電層を備える従来の混成集積回
路および多層の導電層を備える従来の混成集積回路をそ
れぞれ図１１および図１２を参照して説明する。図１１
は単一の導電層を備える従来の典型的な混成集積回路の
要部平面図である。この種の混成集積回路は０．５ｍｍ
〜２ｍｍ厚の絶縁金属基板、２０μｍ〜７０μｍ厚の絶
縁樹脂層、３５μｍ〜７０μｍ厚の導電層からなる三層
構造を備える。絶縁金属基板には放熱特性および加工性
を考慮して、表面を陽極酸化したアルミニウムが使用さ
れ、この絶縁金属基板に、エポキシ樹脂等の接着性を有
する熱硬化性樹脂を塗布した銅箔がホットプレスを使用
して貼着される。この熱硬化性樹脂は熱硬化後に前述の
絶縁樹脂層となる。

【０００４】前記銅箔はホトエッチングプロセスによっ
て３５μｍ〜１００μｍのオーダでパターン化され、図
１１に示すように、外部リード用パッド(80)(82)、バス
(84)、ボンディングパッド(86)、ジャンプパッド(88)(9
2)、ダイボンドパッド(94)(96)等を備える導電層が形成
される。

【０００５】この導電層のダイボンドパッド(94)(96)に
はチップ形状のマイクロコンピュータ、プログラマブル
ゲートアレイ、その他の集積回路素子(100)(102)(104)
が銀ペースト等のロウ材を使用して固着され、集積回路
素子(100)(102)(104)の電極と所定のボンディングパッ
ド(86)はボンディングワイア(110)で接続される。ま
た、チップ抵抗、チップコンデンサ等の異型部品(106)
(108)は所定のパッドに半田固着される。

【０００６】回路を接地するための導電路は接地のため
の外部リード用パッド(80)から混成集積回路の全域に、
電流容量およびインダクタンスを考慮して、外部リード
用パッド(80)の近傍で大線幅に、その終端部で小線幅に
形成される。この接地導電路はバス(84)と交差すること
が避けられず、その個所は電流容量に応じて１乃至数本
のボンディングワイア(110)で互いにジャンプ接続され
る。また、大容量のバス(84)と交差し、単一のボンディ
ングワイア接続が不可能な個所ではジャンプパッド(88)
(92)を経由して連続ジャンプ接続される。図１１には、
この連続ジャンプ接続が接地のための外部リード用パッ
ド(80)、ボンディングワイア(110)、ジャンプパッド(8
8)、ボンディングワイア(110)、接地導電路(90)および
接地導電路(90)、ボンディングワイア(110)、ジャンプ
パッド(92)、ボンディングワイア(110)、接地導電路(9
1)で説明されている。また、バス(84)が相互に交差する
個所では不連続形成したバス(84)は多数のボンディング
ワイア(110)で接続、連絡される。

【０００７】図１２は多層の導電層を備える混成集積回
路の要部断面図である。この種の混成集積回路は上記し
た単一導電層の混成集積回路においてボンディングワイ
ア接続数が膨大となることおよび集積度の向上が困難で
あることに鑑みて提案されたものであって、ポリイミド
樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁樹脂層(120)を挟んで銅箔
(122)を両面貼着した両面銅箔基板の所定位置にバイア
ホール(124)を形成し、全面無電解銅メッキ(126)して両
銅箔(122)を電気的に接続した後、ホトエッチングして
所定形状に回路パターンが形成される。これらの混成集
積回路は何れも昭和６３年５月１５日に株式会社工業調
査会より発行された「最新ハイブリッド実装技術」に詳
細に開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した単一導電層の
混成集積回路は放熱特性、機械強度に優れる反面、比較
的大線幅の接地導電路(90)(91)が不可欠であり、接地導
電路(90)(91)の占有面積により混成集積回路の集積度が
低下する問題を有する。また、接地導電路(90)(91)は必
ずアドレスバス、データバス、さらには制御信号バスと
交差するため連続形成することが不可能であり、不連続
個所においてワイアボンディングが必要となる問題を有
している。また、ワイアボンディングのためのパッドの
占有面積により混成集積回路の集積度が低下する問題も
有している。

【０００９】さらにまた、接地導電路(90)(91)が大容量
のアドレスバス、データバスと交差し、ワイアスパンが
長大となる個所では単一のボンディングワイア接続が不
可能なため、ジャンプパッド(88)(92)を経由して連続ジ
ャンプ接続する必要があり、さらにワイアボンディング
が必要になると共にジャンプパッド(88)(92)の占有面積
により混成集積回路の集積度が低下する問題を有してい
る。また、バス(84)が相互に交差する個所では不連続形
成したバス(84)の接続に多数のワイアボンディングが必
要になると共に、バス(84)を迂回させてワイアボンディ
ング接続を避ける場合にはバス(84)の占有面積が増大し
て集積度が低下する問題を有する。さらには、上記した
問題のため導電層のパターン設計が煩雑となる問題を有
する。

【００１０】一方、前記した多層の導電層を備える混成
集積回路は放熱特性および機械強度の点で問題を有す
る。また、両面導電層基板の二つの導電層(122)を接着
し、絶縁する絶縁樹脂層(120)に使用されるエポキシ樹
脂は化学エッチングが極めて困難であって、バイアホー
ル(124)形成がパンチング等の機械的手段に限定される
問題を有している。この結果、バイアホール(124)を形
成する装置と導電層のパターンを形成する装置が異種装
置となり、それらの加工精度を個々に向上させてもバイ
アホール(124)と導電層のパターンのずれが解消できな
い製造上の問題を有している。

【００１１】さらに、機械的手段により形成されるバイ
アホール(124)の孔径は今日最も微小なものでも２００
μｍであり、パターンずれを考慮したランド(128)の口
径が３００μｍに達する問題がある。従って、バイアホ
ール(124)を多数必要とする混成集積回路では基板の多
層化によっても期待する程には集積度を向上できない問
題を有する。なお、絶縁樹脂層にポリイミド樹脂のみが
使用される場合には、導電層に形成したバイアホールパ
ターンをマスクとする化学エッチングが可能であるもの
の、ポリイミド樹脂の接着性が良好でないため導電層(1
22)が剥離する問題を有する。

【００１２】従って、本発明が解決しようとする課題
は、接着性が良好なエポキシ樹脂を絶縁樹脂層として使
用する場合、あるいはエポキシ樹脂を接着剤として使用
する場合にはバイアホールル形成手段が限定される結
果、バイアホールの位置精度の向上が困難であり、マー
ジン付与のため混成集積回路の集積度の向上が困難であ
る点にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は両面銅箔基板の
一方の銅箔にバイアホールを形成し、このバイアホール
をマスクとして、両銅箔を接着し絶縁する絶縁樹脂層の
エキシマレーザ加工を行って絶縁樹脂層にバイアホール
を形成することを主要な特徴とする。

【００１４】

【作用】両銅箔を接着し絶縁する絶縁樹脂層のバイアホ
ール形成に、予め銅箔に形成したバイアホールをマスク
とするエキシマレーザ加工を使用するため、エッチング
限界までの微小なバイアホールを高精度に形成すること
ができる。また、バイアホールとそのランドを同一種の
工程により形成するため形成位置に対してマージンが不
要となる。

【００１５】

【実施例】以下、図１乃至図９を参照して本発明の一実
施例を説明する。なお、図９は本発明を適用した混成集
積回路の要部平面図であり、図８は図９のＡ−Ａ線断面
図である。図１を参照すると、第１および第２の銅箔(1
0)(14)はそれぞれ３５μｍ厚であり、その一主面に接着
剤層(12)(16)が形成されている。接着剤層(12)(16)は流
動性に富むＡステージのエポキシ樹脂をローラコータを
使用して塗布し、さらにこのエポキシ樹脂を半硬化して
Ｂステージの接着剤層(12)(16)としたものであって、硬
化時の膜厚は２０μｍである。また、絶縁樹脂層(18)に
は２５μｍ厚のポリイミド樹脂が使用される。

【００１６】これら第１、第２の銅箔(10)(14)および絶
縁樹脂層(18)をドラム(70)(72)からホットプレス(74)に
供給し、このホットプレス(74)で温度１３０℃〜１５０
℃、単位平方ｃｍ当り５Ｋｇ〜２０Ｋｇの圧力で連続熱
圧着して、両面銅箔基板が形成される。この後、両面銅
箔基板(10)(14)(12)(16)(18)を温度１３０℃〜１５０℃
で５時間〜１０時間キュアして接着剤層(12)(16)のガス
抜きを行い、十数単位の混成集積回路に相当するサイズ
に切断して次の工程に送られる。

【００１７】図２を参照すると、先ず、前記両面銅箔基
板(10)(14)(12)(16)(18)の第１および第２の銅箔(10)(1
4)面にローラコータを使用してホトレジスト(22)を塗布
し、第１の銅箔(10)面に形成するバイアホール(24)上の
ホトレジスト(22)を選択露光し、この選択露光した部分
を溶剤で除去して、ホトレジスト(22)にバイアホール(2
4)のための孔が形成される。３５μｍ厚の銅箔を使用す
る実施例では後続のエッチング工程でのパターン限界が
３５μｍであるため、ホトレジスト(22)に形成される前
記バイアホール(24)のための孔の最小径は３５μｍであ
る。

【００１８】続いて、このホトレジスト(22)をマスクと
して、両面銅箔基板(10)(14)(12)(16)(18)を塩化第２鉄
溶液で選択エッチングして第１の銅箔(10)にバイアホー
ル(24)が形成される。なお、この工程では第１の銅箔(1
0)に以後の工程でのマスク合わせのためのパターンも形
成される。バイアホール(24)は図９に複数の黒点で示さ
れている。

【００１９】図３を参照すると、先の工程で形成された
マスク合わせのためのパターンを参照して第１の銅箔(1
0)のバイアホール(24)の凡その位置を決定し、バイアホ
ール(24)パターン上方からＫｒＦ、ＸｅＣｌあるいはＡ
ｒＦをレーザガスとするエキシマレーザ（矢印で示され
ている）を全面に照射して、第１の銅箔(10)のバイアホ
ール(24)により露出される接着剤層(12)、そして絶縁樹
脂層(18)、さらには接着剤層(16)が順次除去される。

【００２０】ここで図１０を参照してエキシマレーザ加
工を説明する。この図１０はログスケールの横軸をエキ
シマレーザのエネルギ密度（ＦｌｕｅｎｃｅｍＪ）と
して、縦軸にポリマと金属それぞれのレーザ１ショット
当りの加工量（ＥｔｃｈＤｅｐｔｈ μｍ）をプロッ
トしたものである。

【００２１】従来から産業界で使用されているＹＡＧ、
ＣＯ2等の赤外レーザ加工においてはレーザビームをレ
ンズで集光し、その焦点近傍の高エネルギ密度領域にあ
る加工対象を溶融、蒸発する熱的なメカニズムが利用さ
れている。従って、赤外レーザ加工は加工対象の材質を
選択しない特性を有すると共に加工部周辺への連続的な
熱影響が避けられない性質を有している。

【００２２】これに対して、エキシマレーザ加工ではエ
キシマレーザは加工対象にデホーカス状態で照射され、
エキシマレーザの光子が分子化学的に加工対象表面の分
子結合を切断するアブレーションプロセスにより加工が
行われる。従って、エキシマレーザ加工は非熱的加工で
あり、加工対象が分子結合であるか金属結合であるかに
よって加工が開始されるエネルギ密度（スレショール
ド）が大きく異なる。このスレショールドは全てのポリ
マにおいて１平方ｃｍ当り約１００ｍＪ、金属では約１
Ｊである。また、エキシマレーザ加工は分子化学的に加
工が行われるため除去物質による加工部周辺の熱影響、
汚染がない特質を有している。

【００２３】再び図３を参照すると、第１の銅箔(10)の
バイアホール(24)の周辺にポリマのスレショールド以上
であり、金属のスレショールド以下である単位面積当り
１００ｍＪ〜１Ｊのエネルギ密度のエキシマレーザを照
射すると、第１の銅箔(10)のバイアホール(24)パターン
がマスクとなって、接着剤層(12)(16)および絶縁樹脂層
(18)に第１の銅箔(10)のバイアホール(24)に位置並びに
大きさが正確に一致するバイアホール(24)が形成され、
これにより第２の銅箔(14)が露出される。本発明に特徴
的なこの工程により、バイアホール(24)の孔径を第１の
銅箔(10)のパターン限界まで縮小することができる。な
お、実施例の合計６５μｍ厚の接着剤層(12)(16)および
絶縁樹脂層(18)は１平方ｃｍ当り５００ｍＪのエキシマ
レーザの３００ショットによって完全に除去される。こ
のエキシマレーザ加工によっても、第１の銅箔(10)のバ
イアホール(24)の周辺は幾らか熱的影響を受けるものの
先のホトレジスト(22)が第１の銅箔(10)を保護する。こ
のホトレジスト(22)はこの工程の後除去される。

【００２４】図４を参照すると、第２の銅箔(14)の全体
を負極として電解半田メッキを行い、バイアホール(24)
により露出された第２の銅箔(14)上に、第１の銅箔(10)
に達する山形形状の半田が形成される。そして、この山
形形状の半田を溶融して、図５に示すような、第１およ
び第２の銅箔(10)(14)を確実に接続するバイアホール(2
4)が完成する。

【００２５】図６を参照すると、先ず、両面銅箔基板(1
0)(14)(12)(16)(18)の第１および第２の銅箔(10)(14)表
面にローラコータを使用して順次ホトレジスト(26)(28)
を塗布し、マスク合わせのためのパターンを参照して選
択露光して、第１の銅箔(10)表面に塗布したホトレジス
ト(26)に接地のための外部リード用パッド(30)、バイア
ホール(24)のためのランド(33)、ワイアボンディングパ
ッド(43)、アドレスバス、データバス等のバス(44)、ダ
イボンドパッド(45)等の回路パターンに対応するパター
ンが形成される。図９を参照すると、この工程ではこの
他、電源に接続される外部リード用パッド(31)、その他
の外部リード用パッド(32)、バイアホール(24)のための
その他のランド(34)〜(42)(51)、接地されるダイボンド
パッド(46)等の全ての回路パターンに対応するパターン
が形成される。また、第２の銅箔(14)表面に塗布したホ
トレジスト(28)には、同様に図９を参照すると、接地導
電路(48)、電源導電路(49)、バス接続導電路(50)に対応
するパターンが形成される。そして、このホトレジスト
(26)(28)をマスクとして塩化第２鉄溶液で第１および第
２の銅箔(10)(14)を同時にエッチングして、図６および
図９に示す回路パターンが形成される。

【００２６】図９を参照すると、接地すべきダイボンド
パッド(46)はそれに連続形成されるランド(36)、第２の
導電層(14)の接地導電路(48)、ランド(33)を介して接地
のための外部リード用パッド(30)に接続される。同様
に、ランド(34)(35)(37)も接地のための外部リード用パ
ッド(30)に接続される。また、電源電位とすべきダイボ
ンドパッド(45)はそれに連続形成されるランド(39)、第
２の導電層(14)の電源導電路(49)、ランド(38)を介して
電源に接続される外部リード用パッド(31)に接続され
る。さらに、アドレスバス等の他のバス(44)と交差する
バスはランド(41)、(42)、第２の導電層(14)のバス接続
導電路(50)を介して接続される。

【００２７】本実施例では、第１の銅箔(10)のバイアホ
ール(24)のパターンとそのランド(33)〜(42)のパターン
は２度のホトエッチングにより個別に形成されるが、そ
れらの位置および大きさはホトエッチング工程で使用さ
れる露光装置の精度のみにより一義的に定まるため、露
光装置の精度の範囲ではバイアホール(24)とランド(33)
〜(42)のパターンのずれを無視することができる。従っ
て、バイアホール(24)の口径を３５μｍに設計したとき
のランド(33)〜(42)の短辺の最小サイズは従来のランド
の１／３の１０５μｍとなる。

【００２８】図７を参照すると、次に第２の導電層(14)
（回路パターンが形成された銅箔を導電層と称する）の
表面にＡステージのポリイミド樹脂をローラコータを使
用して塗布し、このポリイミド樹脂を完全硬化して約２
０μｍ厚のＣステージの絶縁樹脂層(60)が形成される。
そして、この絶縁樹脂層(60)の表面にＡステージのエポ
キシ樹脂をローラコータを使用して塗布し、このエポキ
シ樹脂を半硬化して約２０μｍ厚のＢステージの接着剤
層(61)が形成される。さらに、この接着剤層(61)面が絶
縁金属基板(62)(64)にホットプレスを使用して熱圧着さ
れる。先の完全硬化された絶縁樹脂層(60)は第２の導電
層(14)のパターン面を平坦にして絶縁金属基板(62)(64)
への接着性を向上させるように機能すると共に接着剤層
(61)による熱圧着時に第２の導電層(14)と絶縁金属基板
(62)(64)との絶縁不良を防止するように機能する

【００２９】絶縁金属基板(62)(64)には放熱特性および
加工性を考慮して０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ厚のアルミニ
ウム(60)が選択され、その表面には陽極酸化により酸化
膜(62)が形成されている。なお、前に述べたように、こ
れまでの工程における第１および第２の銅箔、導電層(1
0)(14)のサイズは複数の混成集積回路に相当するもので
あり、この工程で使用される絶縁金属基板(62)(64)のサ
イズも同一サイズであるが、この後の工程では、要求さ
れる機械精度に応じてスリットパンチングされてより少
数の混成集積回路に相当するサイズに変更される。

【００３０】図８および図９を参照すると、ダイボンド
パッド(45)にマイクロコンピュータ、プログラマブルゲ
ートアレイ等、素子基板電位を電源電位とするべき集積
回路素子(52)(53)を銀ペースト等のロウ材を使用して固
着し、ダイボンドパッド(46)にＴＴＬ等、素子基板電位
を接地電位とするべき集積回路素子(54)を同様に固着
し、さらにチップ抵抗、チップコンデンサ等の異型部品
(56)(57)を所定のパッドに半田固着した後、前記集積回
路素子(52)(53)(54)の電極とワイアボンディングパッド
(43)をボンディングワイア(55)で接続して図示の混成集
積回路が完成する。

【００３１】以上本発明の一実施例を説明したが、本発
明はこの実施例に限定されるものではなく、例えば接着
剤層(12)(16)および絶縁樹脂層(18)を選択除去するエキ
シマレーザ光のビーム径の調整により、第１および第２
の銅箔(10)(14)の回路パターンをバイアホール(24)のパ
ターン形成と同時に行うような変更が可能である。ま
た、絶縁樹脂層(18)としてガラス布に接着剤を塗布し、
半硬化したプリプレグを使用することも可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ホト
エッチングにより銅箔に形成したバイアホールパターン
をマスクとしてエキシマレーザ加工を行うためホトエッ
チングのパターン限界までの孔径のバイアホールを形成
することができ、高集積化が容易に達成される。また、
エキシマレーザ光を使用するセルフアライン法により両
導電層を接続するバイアホールを形成するため、バイア
ホールとそれに接続される導電路の位置が一義的に決定
され、それらのマージンが不要となるため高集積化が達
成される。さらに、絶縁金属基板上に形成されるため放
熱特性、耐ノイズ性等の電気特性および機械強度に優れ
る混成集積回路を提供することができる。

【００３３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明するための製造プロセ
スの断面図。

【図２】本発明の一実施例を説明するための製造プロセ
スの断面図。

【図３】本発明の一実施例を説明するための製造プロセ
スの断面図。

【図４】本発明の一実施例を説明するための製造プロセ
スの断面図。

【図５】本発明の一実施例を説明するための製造プロセ
スの断面図。

【図６】本発明の一実施例を説明するための製造プロセ
スの断面図。

【図７】本発明の一実施例を説明するための製造プロセ
スの断面図。

【図８】本発明の一実施例を説明するための製造プロセ
スの断面図。

【図９】本発明を適用した混成集積回路の要部平面図。

【図１０】エキシマレーザの加工特性を説明する特性
図。

【図１１】従来の単一導電層混成集積回路の要部平面
図。

【図１２】従来の多層導電層混成集積回路の要部断面
図。

【符号の説明】

１０第１の導電層１２接着剤層１４第２の導電層１６接着剤層１８絶縁樹脂層２４バイアホール３０外部リード用パッド３３ランド４３ワイアボンディングパッド４４バス４５ダイボンドパッド５２集積回路素子６２アルミニウム６４酸化膜

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１および第２の銅箔、これら第１およ
び第２の銅箔を相互に接着し、絶縁する第１の絶縁樹脂
層からなる両面銅箔基板を形成する工程と、第１の銅箔
を選択エッチングして、第１の銅箔にバイアホールを形
成する工程と、第１の銅箔をマスクとして第１の絶縁樹
脂層のエキシマレーザ加工を行って、第１の絶縁樹脂層
にバイアホールを形成する工程と、第１の銅箔および第
１の絶縁樹脂層に形成したバイアホールにおいて、第１
および第２の銅箔を電気的に接続する工程と、少なくと
も第２の銅箔を所定形状にエッチングして、導電層を形
成する工程と、導電層が形成された第２の銅箔面を第２
の絶縁樹脂層を介して絶縁金属基板に貼着する工程から
なる混成集積回路の製造方法。
【請求項２】第２の銅箔の全体を負極として電解半田
メッキを行って、第１の銅箔および第１の絶縁樹脂層に
形成したバイアホールにおいて、第１および第２の銅箔
を電気的に接続することを特徴とする請求項１の混成集
積回路の製造方法。
【請求項３】メッキ半田の溶融を行うことを特徴とす
る請求項２の混成集積回路の製造方法。
【請求項４】複数の混成集積回路の回路パターンを単
位として前記各工程を行うことを特徴とする請求項１の
混成集積回路の製造方法。
【請求項５】第１の銅箔を所定形状にエッチングして
形成した回路パターン上にチップ形状の回路素子を搭載
することを特徴とする請求項１の混成集積回路の製造方
法。
【請求項６】導電層が形成された第２の銅箔面をその
平面を平滑にする絶縁樹脂層で被覆した後、接着性を有
する絶縁樹脂層で絶縁金属基板に貼着することを特徴と
する請求項１の混成集積回路の製造方法。