JPH0340519B2 - - Google Patents

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、多層
の配線基板に好適なモジユール用配線基板に関す
る。

〔発明の背景〕

従来、ICやLSI等の集積回路チツプを搭載し、
チツプ間の接続を行なうための配線基板における
各金属配線層間を絶縁する材料としては、種種の
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。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
層間絶縁層とする例が示されている。

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層を形成す
る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、膜の剥離やクラツク、変
形、密着不良などが起こりやすいという欠点があ
つた。

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
る場合などは、配線層と絶縁層とを積層してなる
多層配線の厚さが増大し、熱応力による配線基板
全体の反りが大きくなる。このため、上部配線層
のパターニングのためのホトリソグラフイーが困
難になるほど、従来のポリイミド系樹脂を多層配
線の配線層間の絶縁層として適用するには、多く
の問題があつた。

ところが、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、これを多層配線の配線層間を
絶縁する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、かつ多層配線の形成が容易な
配線基板を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、LSIチツプを搭載する配線を有し、
複数の金属配線層と該各配線層を絶縁する芳香族
ポリイミドの絶縁層とからなる多層配線と、シリ
コン又はセラミツク基板とを接続したモジユール
用配線基板であつて、前記配線層が、下記(1)ない
し(3)から選ばれる１つの芳香族ジアミンと、下記
(4)ないし(6)から選ばれる１つのテトラカルボン酸
二無水物とを反応して得られる低熱膨張性芳香族
ポリイミド、及び前記芳香族ジアミン以外の芳香
族ジアミンと、前記テトラカルボン酸二無水物以
外のテトラカルボン酸二無水物とを反応して得ら
れる芳香族ポリイミドの混合物、あるいは、下記
(1)ないし(3)から選ばれる１つの芳香族ジアミン及
び下記(4)ないし(6)から選ばれる１つのテトラカル
ボン酸二無水物、並びに前記芳香族ジアミン以外
の芳香族ジアミンと前記テトラカルボン酸二無水
物以外のテトラカルボン酸二無水物との少なくと
も１つを含む共重合芳香族ポリイミドからなるこ
とを特徴とする。

（但し、Ｒはアルキル基、フツ素化アルキル基、
アルコキシル基、フツ素化アルコキシル基、アシ
ル基又はハロゲンから選ばれ、ｌは０〜４の整数
である。） 本発明において、絶縁層のふくれや剥離、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。

配線材料としては、銅、アルミニウム、金、
銀、モリブテン、タングステン、ニツケル、パラ
ジウム、白金等がある。

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、ガラス等があり、その形態
は一般的に良く知られているように、シリコン基
板や内部に配線を組み込んだセラミツクス基板等
がある。

絶縁層とこられの材料との接着性を向上させる
ために、絶縁層が、低熱膨張性ポリイミドと、低
熱膨張性でないポリイミドとのブレンド、つまり
混合物であることが好ましく、あるいは共重合芳
香族ポリイミドであることが好ましい。

絶縁層は、誘電率が低く、電気信号の高速伝播
に適し、特に耐熱性にすぐれた芳香族ポリイミド
系樹脂を用いるのが望ましい。また、配線層間の
電気容量を低減するためには、10μｍ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
形成が容易な芳香族ポリイミド系樹脂を用いるの
が望ましい。

本発明に適用される低熱膨張性ポリイミドは、
芳香族アミンジカルボン酸誘導体の単独重合、ま
たは芳香族ジアミンと芳香族テトラカルボン酸誘
導体との反応によつて得ることが出来る。

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−アミンフタル酸、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、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、次のも
のが挙げられる。

ｐ−フエニレンジアミン、２，５−ジアミノト
ルエン、２，５−ジアミノキシレン、ジアミノデ
ユレン（２，３，５，６−tetramethyl−ｐ−
phemylenediamine）、２，５−ジアミノベンゾ
トリフルオライド、２，５−ジアミノアニソー
ル、２，５−ジアミノアセトフエノン、２，５−
ジアミノベンゾフエノン、２，５−ジアミノジフ
エニル、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
フタルオロベンジジン、４，4″−ジアミンターフ
エニル、４，4″−ジアミンクオータフエニル。

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。

これらを一般的に表現すると、前述した(1)ない
し(3)のようになる。

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、エ
ステル、酸無水物、酸塩化物がある。特に、酸二
無水物を用いと、合成上好ましい。具体例を挙げ
ると、ピロメリツト酸、メチルピロメリツト酸、
ジメチルピロメリツト酸、ジ（トリフルオロメチ
ル）ピロメリツト酸、３，3′，４，4′−ビフエニ
ルテトラカルボン酸、５，5′−ジメチル−３，
3′，４，4′−ビフエニルテトラカルボン酸、ｐ−
（３，４−ジカルボキシフエニル）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。

これらを一般的に表現すると前述した(4)ないし
(6)のようになる。

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（DMAC）、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、フエノール、
ハロゲン化フエノール、シクロヘキサノン、ジオ
キサンなどの溶液中で、０〜200℃の範囲で行う。

本発明に適用される低熱膨張性でないポリイミ
ドは、前述した芳香族ジアミン及びテトラカルボ
ン酸誘導体以外の芳香族ジアミンとテトラカルボ
ン酸誘導体とから得られる。

芳香族ジアミンの具体例を挙げると、ｍ−フエ
ニレンジアミン、４，4′−ジアミノジフエニルメ
タン、１，２−ビス（アニリノ）エタン、４，
4′−ジアミノジフエニルエーテル、ジアミノジフ
エニルスルホン、２，２−ビス（ｐ−アミノフエ
ニル）プロパン、２，２−ビス（ｐ−アミノフエ
ニル）ヘキサフルオロプロパン、３，3′−ジメチ
ル−４，4′−ジアミノジフエニルエーテル、３，
3′−ジメチル−４，4′−ジアミノジフエニルメタ
ン、ジアミノトルエン、ジアミノベンゾトリフル
オライド、１，４−ビス（ｐ−アミノフエノキ
シ）ベンゼン、４，4′−ビス（ｐ−アミノフエノ
キシ）ビフエニル、２，２−ビス｛４−ｐ−アミ
ノフエノキシ）フエニル）｝、プロパン、ジアミノ
アントラキノン、４，4′−ビス（３−アミノフエ
ノキシフエニル）ジフエニルスルホン、１，３−
ビス（アニリノ）ヘ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
ロブタン、一般式 または （R₅、R₇は２価の有機基、R₄、R₆は１価の有機
基、ｐ、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
ノフエノキシ）フエニル｝ヘキサフルオロプロパ
ン、２，２−ビス｛４−（３−アミノフエノキシ）
フエニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビ
ス｛４−（２−アミノフエノキシ）フエニル｝ヘ
キサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（４
−アミノフエノキシ）−３，５−ジメチルフエニ
ル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４
−（４−アミノフエノキシ）−３，５−ジトリフル
オロメチルフエニル｝ヘキサフルオロプロパン、
ｐ−ビス（４−アミノ−２−トリフロオロメチル
フエノキシ）ベンゼン、４，4′−ビス（４−アミ
ノ−２−トリフルオロメチルフエノキシ）ビフエ
ニル、４，4′−ビス（４−アミノ−３−トリフロ
オロメチルフエノキシ）ビフエニル、４，4′−ビ
ス（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフエノ
キシジフエニルスルホン、４，4′−ビス（３−ア
ミノ−５−トリフルオロメチルフエノキシ）ジフ
エニルスルホン、２，２−ビス｛４−（４−アミ
ノ−３−トリフルオロメチルフエノキシ）フエニ
ル｝ヘキサフルオロプロパンなどのジアミン類、
並びにこれらのジアミンとホスゲンなどの反応に
よつ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、ジフエ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、ジフエニ
ルエーテルジイソシアナート、フエニレン−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エニル、３，
3′，４，4′−テトラカルボキシジフエニルエーテ
ル、２，３，3′，4′−テトラカルボキシジフエニ
ルエーテル、３，3′4，4′−テトラカルボキシベ
ンゾフエノン、２，３，3′，4′−テトラカルボキ
シベンゾフエノン、２，３，６，７−テトラカル
ボキシナフタレン、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
ボキシジフエニルメタン、２，２−ビス（３，４
−ジカルボキシフエニル）プロパン、２，２−ビ
ス（３，４−ジカルボキシフエニル）ヘキサフル
オロプロパン、３，3′，４，4′−テトラカルボキ
シジフエニルスルホン、３，４，９，10−テトラ
カルボキシベリレン、２，２−ビス｛４−（３，
４−ジカルボキシフエノキシ）フエニル｝プロパ
ン、２，２−ビス｛４−３，４−ジカルボキシフ
エノキシ）フエニル｝ヘ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。

前述した(1)〜(6)の芳香族ジアミン及びテトラカ
ルボン酸誘導体に対するこれら芳香族ジアミン及
びテトラカルボン酸誘導体の配合割合は20％以下
が好ましい。

また、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。
例えば、次のような方法がある。

(i) 下記一般式で表わされる化合物で変性するこ
とによつて、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NH₂基、CONH₂基、SO₂NH₂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。

(ii) 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、ナジツク酸、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。

(iii) フエノール性水酸基、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
はカルボキシ基と反応しうる橋かけ剤を用いる
網目構造を形成する。

また、拒絶層と配線及び基板との接着性を向上
させるためには、材料表面を粗化したり、シラン
カツプリング剤、チタネートカツプリング剤、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、前記芳香族ポリイミ
ドに添加してもよい。

さらに本発明において多層破線を形成する場
合、絶縁膜の積層に伴つて樹脂と樹脂との間の接
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、本発明で適用した絶縁層を形成するポリ
イミドに対して、より熱膨張係数を下げたり、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、チヨツ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モジユール用多層配線基板の断
面図を示す。１はセラミツク基板、２は配線層、
３は芳香族ポリイミドを用いた絶縁層、４はLSI
チツプ、５はボンデイング用半田ボール６は外部
接続用端子であり、２及び３により多層配線を形
成する。

基板１としてシリコンを、配線層２として銅を
用い、絶縁層３として従来のポリイミド樹脂（熱
膨張率４×10^-5／Ｋ）を用いたモジユール用多層
配線基板は、多層配線の厚さが40μｍを超える
と、基板の反りが大きくなり、上部配線層（幅
20μｍ）のパターニングが困難になつた。また、
拒絶層厚さが80μｍを超えると、基板と絶縁層と
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、上部配線層が形成できな
かつた。

これに対し、拒絶層３として、(A)式に示す化学
構造を持つ低熱膨張性ポリイミドを用いたモジユ
ール用多層配線基板は、多層配線の厚さが100μ
ｍを超えても何ら問題は生じなかつた。

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性ポリイミドに対し
て、(B)式に示す化学構造を持つポリマを３パーセ
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
伸びた。

第１図において本発明によるポリイミドを絶縁
層３に用いた多層配線に、半田ボール５を介して
LSIチツプ４を搭載した場合、チツプと絶縁層と
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つた。したがつて、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、従来実現できなかつた、LSIモジユ
ール用超多層配線基板の断面図を示す。大型コン
ピユータのCPUを実装するモジユールにおいて
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、非常に厚い多層配線を形成しなけれ
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つた。CPUモジユールも、
本発明によるポリイミドを適用することにより実
現が可能となつた。特に、絶縁層３に適用する芳
香族ポリイミドの熱膨張率をうまくコントロール
して、第２図における配配層２と絶縁層３との複
合体の部分（多層配線の部分）の熱膨張率を、
LSIチツプ４やセラミツク基板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モジユール用多層配線基板の、
ボンデイング用半田ボール５の部分を、本発明に
よる芳香族ポリイミドで覆つ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
５にかかる熱応力が抑制され、チツプ接続部分の
信頼性が増加した。また、半田ボール部分５のみ
でなく、LSIチツプ４の一部もしくは全部を本発
明によるポリイミドで覆つても、同様の効果が得
られた。

第４図は、LSIモジユール用多層配線基板の、
他の実施例の断面図を示す。チツプ背面部を直接
多層配線上に置き、LSIチツプ４と配線層２と接
続部分７は、ワイヤボンデイングもしくはフイル
ムキヤリアを用いた。本発明によるポリイミドを
適用した絶縁層３とLSIチツプ４との接触面に生
じる熱応力は小さく、信頼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、多層配
線の厚さを厚くした場合であつても、熱応力に起
因する配線基板の反りや膜の剥離等を防いで、微
細な配線を有し、かつ信頼性にすぐれたモジユー
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、モジユール用多層配線基板の側断面
図、第２図は、モジユ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、モジユール用多
層配線基板の側断面図である。 １……基板、２……配線層、３……絶縁層、４
……LSIチツプ、５……ボンデイング用半田ボー
ル、６……外部接続用端子、７……ワイヤボンデ
イングまたはフイルムキヤリア。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ LSIチツプを搭載する配線を有し、複数の金
   属配線層と該各配線層を絶縁する芳香族ポリイミ
   ドの絶縁層とからなる多層配線と、シリコン又は
   セラミツク基板とを接続したモジユール用配線基
   板において、前記絶縁層が、 下記(1)ないし(3)から選ばれる１つの芳香族ジア
   ミンと、下記(4)ないし(6)から選ばれる１つのテト
   ラカルボン酸二無水物と反応して得られる低熱膨
   張性芳香族ポリイミド、及び前記芳香族ジアミン
   以外の芳香族ジアミンと、前記テトラカルボン酸
   二無水物以外のテトラカルボン酸二無水物とを反
   応して得られる芳香族ポリイミドの混合物、ある
   いは、 下記(1)ないし(3)から選ばれる１つの芳香族ジア
   ミン及び下記(4)ないし(6)から選ばれる１つのテト
   ラカルボン酸二無水物、並びに前記芳香族ジアミ
   ン以外の芳香族ジアミンと前記テトラカルボン酸
   二無水物以外のテトラカルボン酸二無水物との少
   なくとも１つを含む共重合芳香族ポリイミドから
   なることを特徴とするモジユール用配線基板。 （但し、Ｒはアルキル基、フツ素化アルキル基、
   アルコキシル基、フツ素化アルコキシル基、アシ
   ル基又はハロゲンから選ばれ、ｌは０〜４の整数
   である。）