JPH04273191A - 混成集積回路の製造方法 - 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】

【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）（９２）、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）（１
０４）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）（１
０８）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（８８）、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（９１）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２
００μｍであり、パターンずれを考慮したランド（１２
８）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（１２２）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（
１０）（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２０μ
ｍ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５
Ｋｇ〜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）（１４）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（１
０）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３
５μｍ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）（１
６）（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（１０）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（
１０）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、ＸｅＣ
ｌあるいはＡｒＦ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（Ｆｌｕｅｎｃｅ　　ｍＪ）
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（Ｅｔｃｈ　　Ｄｅｐｔｈ　　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１Ｊ
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）（１
６）および絶縁樹脂層（１８）は１平方ｃｍ当り５００
ｍＪ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（２４）が完成する。

【００２５】図６を参照すると、先ず、両面銅箔基板（
１０）（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（３
０）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（４
４）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（１
４）（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２０μｍ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

【０
０２９】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（１０）（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 (6)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。