JPH0590761A

JPH0590761A - 配線基板の製造方法

Info

Publication number: JPH0590761A
Application number: JP3245492A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yamazaki; 哲也山崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-09-25
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 1993-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】多層配線基板の製造、配線基板間の接合を容易
に行う方法を提供する。【構成】配線基板の絶縁層９に設けたスルーホールの内
部に、はんだとのぬれ性の良好な金属のメタライズ１１
を施し、溶融したはんだと接触させて、スルーホール内
にはんだ１２を充填する。この上に第二の配線を形成す
る事により段差のないスルーホールの形成が容易にな
る。また、配線２３とスルーホールを持つフィルムを積
送して多層基板を形成した場合、加熱によりはんだ１２
が溶融し、配線の接続が確実に行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩや多層配線基板
等の電子回路素子の接続方法およびその作成方法に係
り、特に、微細な配線の接続方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】多層配線基板や、ＬＳＩの多層配線で
は、スルーホールの接続は、たとえば図１に示すよう
に、絶縁層２，３にあらかじめ明けられたスルーホール
７の側壁にスパッタリング，ＣＶＤ，めっき等を用いて
金属を析出させることにより行われている。しかし、こ
の方法ではスルーホール部分のくぼみ８が残るため、配
線層数が増加するに従って表面の凹凸が激しくなり、上
部の絶縁層および配線の形成が困難になるという問題が
あった。

【０００３】この点を解決する手法は、たとえば、タン
グステンＣＶＤや無電解めっきにより、スルーホール内
に選択的に金属を析出させ、スルーホールを埋める方法
や、金属ペーストをスルーホールに充填する方法が考案
されている。

【０００４】一方、ＬＳＩとチップキャリア（リードフ
レーム，ＴＡＢ，ＰＧＡ等）の接続では、ＬＳＩの高集
積化に伴う接続点数の増加により、従来のワイヤボンデ
ィングやはんだ接続からＣ４（Controlled Collapuse C
hip Conection）が使用されている。

【０００５】また、チップキャリアと基板，基板間の接
続においても、従来のピン接続，リード線のはんだ接
続，コネクタの使用と共にＣ４接続が使用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術によるスルー
ホールの接続法では、たとえばＣＶＤ法では、使用出来
る金属は、高抵抗のタングステンのみであり、また、析
出時に高温を必要とするため有機材料を絶縁層に用いた
基板には適用出来ない。また、めっき法や金属ペースト
を充填する方法ではスルーホールが微細に、かつ、深く
なるとめっきの異常析出やペーストの充填不足が発生
し、断線やスルーホール抵抗の増加を引き起こすという
問題がある。

【０００７】一方、Ｃ４接続法では接続する端子に柱状
のはんだを供給する必要がある。その方法として、微細
なはんだ球を端子に設けたくぼみに乗せる方法と、蒸着
やめっきによりはんだ柱を形成する方法がある。前者で
は端子の微細化、狭ピッチ化に伴い、はんだ球の供給が
困難になる。後者では、端子部分にのみはんだ柱を形成
するためにリフトオフやホトエッチング等の工程を行う
必要がある。また、一般には合金であるはんだを、所定
の組成となるようコントロールして蒸着やめっきを行う
という困難さがある。

【０００８】また、Ｃ４では基板間の接合ははんだのみ
で行われるため、熱応力等によりはんだが切断するとい
う問題があり、特に広い面積でのＣ４接続は非常に困難
であった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の第一の課題である
スルーホールの接続は、絶縁層にあけたスルーホールに
溶融した金属を充填することによって容易に解決され
る。

【００１０】また、第二の課題は、はんだを充填したス
ルーホールを持ち、熱圧着により接着性をもつフィルム
を用いることで解決出来る。

【００１１】

【実施例】図２に本発明によるスルーホール接続の一実
施例を示す。図２において、基板１上にスパッタリング
やめっき等で第一配線４を形成する。その上にたとえば
ポリイミドなどの耐熱性材料からなる絶縁層９を形成
し、これにエッチングやレーザ加工等で第一配線４に達
するスルーホールを開口する。次にスルーホールの側壁
を選択的にパラジウム，チタン，カーボンブラック等に
よる活性化処理を行う。ここに、たとえばニッケル−リ
ン無電解めっきによりニッケルを析出させ、側壁のメタ
ライズ層１１を形成する。ニッケル以外にも金，銅など
はんだとぬれ性の良い金属を用いることが出来る。ま
た、メタライズ層１１の表面酸化を防ぐために金などを
連続してめっきすることも出来る。

【００１２】次にこの基板を溶融はんだ槽に通すと、メ
タライズ層１１によりはんだに対してぬれ性の良いスル
ーホール内にのみはんだ１２が充填され、ぬれ性の悪い
絶縁層９の表面にははんだが残らない。また、加熱した
基板上にはんだを供給し、スキージを捜引して過剰なは
んだを除去しても良い。スキージと絶縁層９の表面との
間隔が十分小さければ、はんだの表面張力により過剰の
はんだはスキージの捜引と共に除去出来る。この時のは
んだの温度は、絶縁層の耐熱温度以下であることが必要
である。たとえば、ポリイミドを用いる場合は４００℃
以下、望ましくは３００℃以下である。また、スルーホ
ール内のはんだが表面張力によって保持されるよう、ス
ルーホールの直径は１ｍｍ以下が望ましい。また、スル
ーホールの深さ対直径の比は０．５以上であることが望
ましい。

【００１３】さらに、このようにして形成したスルーホ
ールの表面に酸化防止層として金などを成膜することも
出来る。

【００１４】ついで、再びスパッタリングやめっき等に
より第二配線５を形成する。その後、第二配線５との接
続を確実にするために、はんだの融点まで再度加熱を行
ってもよい。

【００１５】以上の工程を繰り返すことにより、多層配
線基板を形成することが出来る。

【００１６】この時、配線４，５が使用するはんだと容
易に反応する金属、たとえばアルミや銅の場合は、クロ
ムやチタンなどの反応防止層１０をはんだに接する配線
の表面に形成する必要がある。また、この反応防止層や
配線，メタライズ層が自然酸化膜を形成し、はんだに対
するぬれ性が低下したり接続抵抗が増加する場合には、
これらの表面に金などによる酸化防止層を設けることが
出来る。

【００１７】また、スルーホール側壁の活性化が選択的
に行えない場合には、絶縁層９の上にホトレジストなど
の保護層を形成し、次に、スルーホールの開口、活性化
処理を行い、最後に保護層を剥離する方法を取ることが
出来る。

【００１８】また、スルーホールが微細で、はんだのぬ
れ性のみではスルーホールの充填が十分出来ない場合に
は、はんだリフローを真空中で行ったり、基板表面をは
んだフラックスで濡らすなどの方法を取ることが出来
る。

【００１９】また、基板１，絶縁層９がセラミックなど
の耐熱性の高い材料である場合は、スルーホールを充填
する材料としてはんだ以外に金属ろうや比較的融点の低
い金属（たとえば亜鉛，錫，金，銀，銅）を用いること
もできる。

【００２０】また、溶融ハンダの替わりにはんだを蒸着
することも出来る。この場合、はんだは基板全面に成膜
される。このはんだの膜厚は、スルーホールの深さと同
じか、それ以上とする。次に基板をはんだの融点以上に
加熱すると、はんだは溶融し、スルーホール内を充填す
る。基板上の余分なはんだは、基板を垂直または斜めに
保持することにより基板から流れ落ち、容易に除去する
ことが出来る。また、溶融時にスキージにより取り除い
ても良い。この方法は、スルーホールが微細で、溶融し
たはんだがスルーホール内に容易に充填出来ない場合に
有効である。

【００２１】本発明によってスルーホールと同時に配線
の形成を行うことも可能である。その実施例を図３に示
す。前述の実施例と同様に基板１上に第一配線４を形成
し、必要ならば反応防止層および（または）酸化防止層
１０を形成する。次に下層の絶縁層９を成膜し、その上
にエッチングストッパ層１３を成膜する。これをホトエ
ッチングにより配線形状に加工する。この際、位置合わ
せの誤差を見込んで実際の配線よりもやや大きくしてお
く。同時にスルーホールとなる部分もエッチングしてお
く。次に、上層絶縁層９，エッチングマスク１４を形成
し、配線部分のエッチングマスクを、ホトエッチングに
より除去する。ついで、前述の方法により、絶縁層のエ
ッチングを、スルーホール部では第一配線４が、配線部
ではエッチングストッパ層１３が露出するまで行う。不
要になったエッチングマスク１４とエッチングストッパ
層１３を除去し、その後、前述の方法でスルーホールと
配線部の側壁および底面のメタライズ１１とはんだの充
填１２を行えば、スルーホールと配線の形成が完了す
る。

【００２２】エッチングストッパ層１３，エッチングマ
スク１４の材料は、絶縁層９のエッチング方法によって
適当なものを選ぶ必要がある。たとえば、絶縁層として
ポリイミドを用い、これを酸素による反応性イオンエッ
チングによりエッチングする場合は、アルミを用いるこ
とが出来る。絶縁層のエッチングに、たとえばレーザ加
工のようなエッチング箇所を特定出来る方法を用いる場
合には、エッチングマスク１４を用いなくても良い。ま
た更に深さ方向の制御も出来る場合には、エッチングス
トッパ層１３も省くことが出来る。逆に、エッチングス
トッパ層１３を配線下部のメタライズ層として残すこと
も出来る。

【００２３】次に、本発明により基板間の接続を行う場
合の一実施例を図４に示す。

【００２４】図４において、保持枠１８に取り付けたポ
リイミド等の耐熱性フィルム１６にスルーホール７をエ
ッチングやレーザ加工により開口する。

【００２５】このフィルム１６には両面に接着層１７を
設けてある。接着層１７は、接続に使用するはんだの溶
融温度に耐えられ、かつ、接合時の加熱によって溶融ま
たは軟化し、接着性を発現する材料で形成する。たとえ
ば、エポキシ系樹脂やポリエーテルイミド、低融点のポ
リイミド等である。フィルム１６自体をこのような材料
で構成する場合は、接着層１７は設けなくても良いが、
はんだ充填時にフィルムが変形しないよう、その軟化温
度ははんだの融点より高いことが望ましい。

【００２６】上記の接着層１７は、フィルム１６ではな
く、接合する基板側に設けても良い。またフィルムと基
板の両方に接着層を設けることも出来る。

【００２７】フィルム１６は保持枠に取り付ける代り
に、加工終了後簡単に取り除けるような仮基板で保持し
ても良い。また、接続を行う基板の片方に初めから接着
しておくことも出来る。また、ロール状のフィルムやテ
ープの場合には、適当な張力をかけて保持することも出
来る。ただし、この場合は、はんだ槽の温度および張力
は、フィルムの熱変形が起こらない範囲に調整する必要
がある。

【００２８】また、フィルム１６の代りにセラミックな
どの自立出来る基板を用いる場合は、このような保持手
段はなくても良い。

【００２９】次に、このスルーホールの側壁の活性化と
メタライズを前述の方法で行う。この時、表面の活性化
を防ぐためにあらかじめ保護層を接着層１７の上に設け
ることも出来る。

【００３０】次にフィルムを溶融したはんだ槽に通しス
ルーホールへのハンダ充填を行う。

【００３１】必要であれば、吸引や、加圧を行って、ス
ルーホールへのハンダの充填を補助することが出来る。

【００３２】その後、必要であれば、はんだ表面に金な
どの酸化防止層を形成する。この酸化防止層は、後の基
板の接合の際の加熱によりはんだ内に拡散して消失する
よう、組成および厚さに留意する必要がある。

【００３３】接続すべき基板またはＬＳＩ２０，２１と
保持枠を取り去った上記のフィルムを、基板の端子１９
とフィルムのスルーホール１２の位置合わせをして重ね
る。上下より圧力を加えて十分密着させ、フィルムのは
んだの融点か、接着層の接着温度のいずれか高いほうま
で加熱し、端子間の接合と基板間の接合を行う。この
時、基板側の端子１９も、はんだが十分ぬれるように、
金や迎えはんだなどで覆っておくと良い。

【００３４】この時、端子の接合が確実に行われるよ
う、端子の一部分または全面を凸形状にすることも出来
る。

【００３５】上記の方法を用いて、一括積層による多層
配線基板の製造が出来る。その実施例を図５に示す。

【００３６】仮基板２２にはんだとの反応防止層１０と
配線２３を成膜し、これをホトエッチングにより配線形
状に加工する。これにポリイミド絶縁層９と接着層１７
を成膜する。前述の手法によってはんだを充填したスル
ーホール１２の形成を行う。更に必要であれば、酸化防
止層をはんだ表面に形成する。最後に仮基板１を除去し
て、配線とスルーホールを持つポリイミドフィルムを得
る。

【００３７】このフィルムを、必要な枚数、位置合わせ
をして重ね合わせる。圧着と加熱を行って、はんだスル
ーホールと配線の接合、およびフィルム間の接合を行
う。以上の工程によって、任意の配線層数を持つ多層配
線基板を形成出来る。

【００３８】ここで、ポリイミドフィルムの接合は、一
度で行う必要はなく、一層ずつ、あるいは数層ずつの接
合の繰り返しを行っても良い。また、このような場合
は、仮基板の除去はフィルムの接合後に行っても良い。

【００３９】この実施例では、絶縁材料に主にポリイミ
ドを用いる場合について述べたが、スルーホール充填に
用いる金属材料の融点での耐熱性を持つ材料であればよ
く、ポリイミド以外の樹脂やセラミックスを用いること
が出来る。また、グラスファイバーやセラミックスのフ
ィラーなどの絶縁性を持つ材料と有機樹脂の複合材料を
用いても良い。また、スルーホールを充填する材料に
は、各種のはんだやろう材、合金や純金属を用いること
が出来る。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、多層配線基板の製造が
容易に出来る。また、ＬＳＩ，チップキャリア，基板間
の接合や、基板同士の接合が容易になる。特に、従来の
接合法では不可能な、微細かつ大面積の接続が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術による多層配線基板の断面図、

【図２】本発明によりスルーホールの形成を行った多層
配線基板の一実施例の断面図、

【図３】本発明の一実施例である、スルーホールと配線
の形成を同時に行うプロセスの断面図、

【図４】本発明の一実施例である、基板間の接合を行う
プロセスの断面図、

【図５】本発明の一実施例である、多層配線基板の一括
積層による製造を行うプロセスの断面図。

【符号の説明】

９…ポリイミド絶縁層、１０…反応防止層、１１…メタ
ライズ層、１２…はんだ充填スルーホール、１７…接着
層、２２…仮基板、２３…配線、２４…熱圧着用治具。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｑ 6921−4Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性と耐熱性を持つ基板材料に微細な孔
を穿ち、前記孔の内部を基板材料の耐熱温度以下で溶融
する金属で満たすことにより、スルーホールおよび／ま
たは配線を形成することを特徴とする配線基板の製造方
法。
【請求項２】請求項１において、溶融した金属を基板表
面と接触させることにより前記スルーホールおよび／ま
たは配線を形成する配線基板の製造方法。
【請求項３】請求項１において、金属を基板表面に成膜
しその後に加熱溶融させることにより、スルーホールお
よび／または配線を形成する配線基板の製造方法。
【請求項４】請求項１において、微細な孔の側壁および
（または）底面、および基板表面の必要な部分に金属薄
膜を形成するなど、溶融金属に対するぬれ性を選択的に
良好にしておくことにより、溶融した金属が穴の内部等
の必要な部分のみを選択的に満たし、それ以外の部分に
付着しないことを特徴とする、スルーホールおよび（ま
たは）配線の形成方法。
【請求項５】請求項１，２，３または４において、形成
したスルーホールまたは配線を加熱溶融させることによ
り、これと接触する配線またはスルーホールとの電気的
接続を形成する配線基板の製造方法。
【請求項６】請求項１，２，３または４において、基板
表面に露出、または基板を貫通するスルーホールまたは
配線に、その内に充填した金属を加熱することにより再
度溶融または軟化させ、これをＬＳＩや他の配線基板等
の端子と圧着してＬＳＩと基板、基板と基板間の電気的
接続を形成する配線の接続方法。
【請求項７】請求項６において、接続しようとする基板
の両方または片方の表面または全体を、基板の耐熱温度
以下で軟化溶融して接着性を発現する材料で構成するこ
とにより、基板の接着と配線の接続を順次または同時に
行う基板の接続方法。
【請求項８】請求項６または７において、接続を少なく
とも一回以上行うことにより得られる配線基板の製造方
法。
【請求項９】請求項１，２，３，４，５，６，７または
８において、製造された配線基板、ＬＳＩ、その他の電
子部品およびそれを用いた電子回路および装置。