JPH08148828A

JPH08148828A - 薄膜多層回路基板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH08148828A
Application number: JP6284705A
Authority: JP
Inventors: Takashi Inoue; 隆史井上; Masakazu Ishino; 正和石野; Tomoko Yoda; 智子依田; Ryohei Sato; 了平佐藤; Michifumi Kawai; 通文河合; Tetsuya Yamazaki; 哲也山崎; Fusaji Shoji; 房次庄子; Masayuki Kyoi; 正之京井; Hidemi Sato; 秀己佐藤; Setsuo Ando; 節夫安藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-11-18
Filing date: 1994-11-18
Publication date: 1996-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】従来の逐次積層法の欠点を無くし、層数の多い
薄膜多層回路基板を高歩留で、かつ短いターンアラウン
ドタイムで製造し得る完全な一括積層方式による改良さ
れた多層回路基板およびその製造方法を提供すること。【構成】微細薄膜配線と、表面に接合金属膜を形成した
導体ビアとの両方を持つ有機樹脂シ−ト(内層回路ユニ
ット１２)を相互に位置合わせして、複数枚重ね合わ
せ、シ−ト積層体の仮止めアセンブリを形成する。つい
で、このシ−ト積層体の上部に表面層ユニット１１、下
部に下地基板接続ユニット１３を仮止めし、積層体１５
を形成する。この仮止め積層体１５をセラミック基板等
の配線基板１４上に搭載して仮止め積層体１７を形成
し、これをホットプレスにより一括して加熱加圧する。
これにより、各層間の電気的接続は、接合金属膜によ
り、ビア−配線間等を拡散接合し、同時に有機樹脂層間
は相互に溶着固定し一体構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子部品搭載用の多層
回路基板とその製造方法に係り、特に層間絶縁材料を有
機樹脂絶縁膜とする薄膜多層配線回路基板に好適な多層
回路基板とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＬＳＩデバイスの処理能力の高度
化にともない、ＬＳＩは多ピン化し、また信号の立上り
・立下り速度が益々速くなって、信号伝送回路に高速性
能が要求されてきた。これらの要求に答えるため、例え
ば大型コンピュータやスーパーコンピュータに代表され
る超高速システムにおいては、シングルチップパッケー
ジをプリント板に実装する形態を脱却し、セラミック−
金属導体からなる多層同時焼結基板を実装基板に用いた
マルチチップ実装が主流となった。

【０００３】今後さらに、実装回路基板の性能を上げる
手段としては、層間絶縁材料を誘電率の低い有機樹脂と
し、配線導体を電導度の高い銅とし、また配線密度を増
大させるために配線パターン形成を高精度のフォトリソ
グラフィとするなどの方法が検討されてきた。

【０００４】さらに、配線を高密度化するためには、回
路の多層化が必須であり、かつ配線密度の増大と配線抵
抗の低減とを両立させようとすると配線断面の高アスペ
クト比化が必要となる。また、高速信号伝送特性に対す
る要求からインピーダンス整合が強く求められ、従って
薄膜とはいえ層間絶縁膜の厚さは２０μｍ以上が要求さ
れるようになる。

【０００５】さて、有機樹脂を層間絶縁層に用いた薄膜
多層回路基板は、従来、導体配線層と絶縁層とを交互に
逐次積み上げる逐次積層プロセスで形成されるのが一般
的である。この逐次積層法では、まず導体材料はスパッ
タリングやＥＢ蒸着などの真空プロセスで成膜され、引
き続くフォトエッチング工程により導体配線が形成され
る。ついで、有機樹脂絶縁膜はワニスのスピンコーティ
ング等の方法により塗布され、熱処理により乾燥および
硬化されて最終的な層間絶縁膜となる。

【０００６】上下配線層間の接続は、ウェットエッチン
グやドライエッチングによる有機絶縁膜のビア加工と引
き続く上部配線金属材料のスパッタ成膜により達成され
る。逐次積層法は、以上の一連の工程を必要な層数分だ
け繰り返し行うものであり、極めて長い工程時間を要す
る。また、各層を形成するごとに断線、短絡などの欠陥
が統計的な確立で発生する。最終の多層回路基板の歩留
は、各層ごとの工程歩留の掛け算となるので、配線の微
細化と共に歩留の確保は益々困難を極めることになる。
また、配線層数が多い場合には、有機樹脂と下地基板と
の間の熱膨張係数差に起因する反りが、薄膜プロセスの
中の特にフォトリソグラフ工程のパターン解像度に悪影
響を与えるため、配線層数に限界が発生する。さらに、
ポリイミドのような熱硬化温度の高い樹脂を層間絶縁膜
に用いると、より下にある絶縁層ほど長時間の高温処理
を繰り返し受けることになり、絶縁膜の機械特性が劣化
するなどの問題が発生しやすい。

【０００７】そこで、以上のような逐次積層法による薄
膜多層回路基板製造プロセスの欠点を改良するための提
案がなされてきた。例えば、特開平５−２０６６４３号
公報では、複数の薄膜配線層の積層構造を一つのブロッ
クとし、これを仮基板上で形成し、各ブロック間を半田
によるろう着で接続しようとするものである。しかし、
各ブロック内の薄膜配線は、依然として従来の逐次積層
法によって形成するものであり、十分の配線密度を維持
しながら必要な層間絶縁膜厚を確保することは容易でな
い。

【０００８】また、特開平４−１６２６９５号公報に
は、シート状感光性ポリイミドと金属箔の積層体を用い
たシート積層方式が開示されている。すなわち、シート
状感光性ポリイミドの所望の位置にフォトリソグラフィ
によりビアを形成し、このビアに電気めっきにより導体
を充填し、次いで金属箔をフォトエッチングで加工して
配線を形成する。このようにして出来た配線パターン付
き感光性ポリイミドシートを複数枚積層し、少なくとも
３５０℃の加熱下で熱圧着して予め多層配線フィルムを
形成しておき、これをセラミック基板上に搭載して多層
配線基板を製造しようとするものである。この場合に
は、感光性ポリイミドの解像度限界によってビアサイズ
の微細化が制限されるなどの懸念がある。また、多層配
線フィルムをセラミック基板に搭載する工程を含むこと
から、完全な一括積層方式とは言い難く、さらには配線
パターン付き感光性ポリイミドシート積層体の熱処理温
度も高いので残留熱応力の問題が生じる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、上記従来の薄膜多層回路基板製造上の問題点を
解消し、完全な一括積層方式による改良された薄膜多層
回路基板の製造方法を提供することにある。すなわち、
逐次積層法の欠点を無くし、層数の多い薄膜多層回路基
板を高歩留で、かつ短いターンアラウンドタイムで製造
し得る多層回路基板の製造方法を実現するものである。

【００１０】更に具体的には、従来の薄膜多層化回路基
板の製造プロセスが持つ以下のような問題点を解決する
ものである。すなわち、１）低歩留。（各層形成工程の歩留の掛け算によって最
終製品の歩留が決定される問題）２）長い工程時間。（長いターンアラウンドタイム）３）残留熱応力のため、積層層数に限界があること。４）繰り返し高温熱処理プロセスによる材料物性劣化。
（信頼性低下）

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する手
段としては、薄膜多層回路の各層を独立したユニット
（以下、「薄膜回路ユニット」と称する）として形成
し、各薄膜回路ユニット毎に製造検査して欠陥の無い良
品のみを選別し、これら良品薄膜回路ユニットを相互に
位置合わせして層間の接続点同志を確実に対向させ、上
下方向から圧力および熱等の外部エネルギー与えること
により、各層の配線パターン間の垂直方向の電気的接続
を一挙に確保すると共に、各層の有機樹脂間の接着を達
成する同時一括積層方式の製造プロセスが有効である。

【００１２】そこでこの一括積層法の確立のための技術
的要素を、以下にまとめて示す。すなわち、１）薄膜多層回路を構成する薄膜回路ユニットは、有機
樹脂絶縁膜からなるシートを母材とし、少なくともその
片方の表面（下面）に必要な配線回路パターンを持ち、
また、配線回路パターンの所望の位置に、有機樹脂シー
トを貫通してシート上面に達する金属導体ビアを形成し
てあること。２）薄膜回路ユニットの配線回路パターン同士を所望の
位置で上下方向に電気的に接続するために、金属導体ビ
アの表面に、有機樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）以上、
２５０℃以下の熱処理で配線回路の構成材料と拡散接合
を形成できる接合金属膜が形成されていること。

【００１３】３）薄膜回路ユニットの有機樹脂表面は、
積層熱圧着条件下において相互に十分の層間接着力を達
成できること。４）薄膜回路ユニットのシートは、Ｓｉチップと配線導
体（銅）との中間領域（３ｐｐｍ／℃以上、１７ｐｐｍ
／℃以下）の熱膨張係数を持ち、横方向の寸法安定性が
良く、熱処理でのパターン位置ずれが少ないこと。５）薄膜回路ユニットの製造工程の出発材料として、表
裏面に金属箔を張り合わせた有機樹脂シートを用いる。
特に、表裏面の金属箔の膜厚が異なる、あるいは表裏面
の金属箔の材質が異なる有機樹脂シートを用いることを
特徴とする。

【００１４】６）金属導体ビアの形成に先立つ、ビア穴
加工法は、有機樹脂シートの膜厚に依らず、高精度でか
つ高いアスペクト比の穴開けが可能な方法を用いる。す
なわち、ドライエッチング、またはレーザ加工によりビ
ア穴加工を行う。以上の技術的要素を統合して得られる製造プロセスによ
り、高性能の薄膜多層回路基板を、高歩留でかつ短いタ
ーンアラウンドタイムで実現する。

【００１５】ここで、薄膜多層回路を構成する薄膜回路
ユニットの構成、及びこれを主要部とする本発明の多層
回路基板について更に詳述すると、薄膜回路ユニット
は、内層回路ユニットと、表面層ユニットと、下地基板
接続ユニットとの３種のユニットから構成されている。
内層回路ユニットは、必要とされる階層だけ複数層積層
されて薄膜多層回路の主要部を構成し、表面層ユニット
は複数層積層された内層回路ユニットの最上部に積層さ
れるもので、その表面にはＬＳＩ等の電子部品を搭載実
装するためのパッドが形成されている。また、下地基板
接続ユニットは、セラミック基板、ガラス基板等の厚膜
多層配線基板上に、内層回路ユニットの積層体を搭載、
接続する際にその接続媒体となるもので、表面には内層
回路ユニットの裏面に電気的に接続する上部パッドを、
裏面には配線基板上の整合パッドに接続する下部接合金
属膜を有している。

【００１６】そして、本発明の薄膜多層回路基板は、セ
ラミック基板、ガラス基板等の周知の厚膜配線基板上
に、これらのユニットを下地基板接続ユニット、内層回
路ユニット、表面層ユニットの順に順次積層し、この積
層体に外部エネルギー与えることにより、各層の配線パ
ターン間の垂直方向の電気的接続を一挙に確保すると共
に、各ユニットの層間絶縁膜を構成する有機樹脂相互間
の接着を達成することで一体化構造として構成されてい
る。

【００１７】各ユニットを構成するシートとしては、出
発材料として表裏面に銅の如き金属箔を張り合わせた有
機樹脂シートを用いる。代表的なものとして両面銅張り
積層フィルムがあり、市販品としては例えば、帝人テク
ノーラ銅張り積層フィルム（帝人株式会社の商品名）、
東レ銅張りポリイミドフィルム（東レ株式会社の商品
名）等が挙げられる。また、低熱膨張性ポリイミドフィ
ルムの両面にポリイミド接着フィルム、例えば日立化成
工業社製の商品名「ＡＳ−２２１０」を張り合わせ、さ
らに両面に銅箔を接着した両面銅張り積層フィルムを用
いることも出来る。なお、この種の有機樹脂シートは、
ガラス転移温度（Ｔｇ）が２５０℃以下で、樹脂成分の
みから構成されるものが望ましく、プリント基板の母材
として用いられているような無機質のガラス布基材を含
むようなシートは、ビア加工時にビア穴内に残渣が残る
ので避けた方がよい。

【００１８】また、内層回路ユニット及び下地基板接続
ユニットに、銅めっき等により設けられるビアの先端
は、有機樹脂シートの表面より少し突き出させ、その表
面には接合金属膜がめっきにより形成される。下地基板
接続ユニットの場合には、上部接続パッド上にもこの接
合金属膜が上部接合金属膜として形成される。この各ユ
ニット間を電気的に接続する接合金属膜としては、樹脂
のガラス転移温度以上、２５０℃以下の比較的低温で拡
散接合できる金属が望ましく、例えばＳｎ、Ｚｎ単体金
属、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｐｂ合金
などの低融点合金が好適である。なお、Ａｕ−Ｓｎ合金
などは共晶温度が２８０℃と高く好ましくない。また、
接合金属膜の膜厚は、特に限定されるものではないが、
実用的には１〜１０μｍ程度が好ましい。

【００１９】また、表面層ユニットの表面に設けられた
パッドには、表面メタライズとして電解もしくは無電解
めっきにより金属膜が形成されるが、この金属膜は上記
ユニット間を接続する接合金属膜とは役割を異にし、電
子部品を搭載実装する際の接続に用いるため、はんだ材
料に対するバリヤの役割を果たし、また、ＬＳＩ等の部
品のリペア耐性、ワイヤボンディング性などの特性をも
満足するものでなければならず、例えば無電解Ｎｉ−Ｂ
めっき膜、もしくは無電解Ｎｉ−Ｐめっき膜を必要とさ
れる膜厚だけ形成することが望ましい。

【００２０】本発明の多層回路基板を得るには、基板上
に下地基板接続ユニット、内層回路ユニット、表面層ユ
ニットの順に配線パターンの位置合わせをしながら順次
積層し、加熱圧着して一体化構造とするが、この加熱圧
着は、ホットプレス装置を用いて行なう。ホットプレス
条件としては、例えば真空度１０〜６０ｔｏｒｒ、静水
圧１５〜３０ｋｇ／ｃｍ²、ユニットの母材を構成する
樹脂シートのガラス転移温度以上、最高到達温度２５０
℃（好ましくは１８０〜２５０℃）でプレス成形するこ
とが望ましい。

【００２１】

【作用】各ユニットの上下を電気的に接続するためのビ
ア、もしくはパッド上に形成された接合金属膜は、各ユ
ニットの積層体をホットプレス成形する温度、例えば、
好ましい１８０〜２５０℃で良好な拡散接合を実現す
る。また、この温度域で各ユニットの母体を構成する有
機絶縁膜同士も相互に界面が融合接着して一体化するこ
とにより、多層回路基板としての十分な結合強度を発揮
し、電気的接続部の信頼性を確実なものとしている。

【００２２】以上の発明により、従来著しく工程が長
く、また歩留が低いため、量産技術としての適用範囲が
限定されていた薄膜多層回路基板の製造プロセスを大幅
に合理化し、薄膜多層回路の用途を拡大する。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にしたがって
具体的に説明する。〈実施例１〉図１は、薄膜多層回路基板の主要部を構成
する薄膜回路ユニットのうちの内層回路ユニット１２の
製造工程を示す断面図である。

【００２４】図１（ａ）に示すように、出発材料とし
て、ユニットの母体となる両面銅張り積層フィルム（ガ
ラス転移温度１９４℃の有機樹脂絶縁膜１１２の両面に
銅箔１１１、１１３を張り合わせたシート）を準備す
る。両面銅張り積層フィルムとしては、一方の銅箔の膜
厚が他方の銅箔の膜厚の半分以下であるもの（以下、こ
れを「非対称銅張り樹脂フィルム」と称する）を用い
る。この例では、上部銅箔１１１の膜厚を９μｍ、下部
銅箔１１３の膜厚１８μｍとしたが、実用的には上部銅
箔１１１の膜厚は３〜１８μｍ、下部銅箔１１３の膜厚
は５〜３５μｍの範囲であることが望ましい。上部銅箔
１１１がこの膜厚範囲より薄いと、この後のビア穴加工
工程でのドライエッチやレーザ加工のマスクとしての耐
性が不十分となることがあり、厚いとビア加工用マスク
としてのフォトエッチングの加工精度が不十分となる。
また、下部銅箔１１３がこの膜厚範囲より薄いと、配線
に加工されたときの抵抗値が高過ぎる場合があり、厚い
と微細配線加工が困難になる。

【００２５】図１（ｂ）に示すように、この非対称銅張
り樹脂フィルムの厚い方の銅箔（下部銅箔１１３）表面
を、粘着剤付きの保護フィルム１１４で被覆する。

【００２６】図１（ｃ）に示すように、この後、薄い方
の銅箔（上部銅箔１１１）にビア穴加工のためのマスク
パターン１１５を形成する。すなわち、上部銅箔１１１
のビアを形成する箇所のみをフォトエッチング工程によ
り除去する。図面を省略しているが、具体的には、上部
銅箔１１１の上にフォトレジストを塗布し、所定のビア
形成用のマスクを介して露光し、現像してレジストパタ
ーンを形成する。次いでレジストパターンをマスクにし
て上部銅箔１１１を選択的にエッチングし、レジストパ
ターンを除去する。銅箔のエッチング液は特に限定され
るものでなく、過硫酸アンモニウム系、塩化第二鉄系、
塩酸・リン酸・硝酸・酢酸の混酸などが使えるが、ここ
では過硫酸アンモニウム系を使用した。

【００２７】図１（ｄ）に示すように、ここで出来た上
部銅箔１１１のパターンをマスクにして、有機樹脂層１
１２にビア穴開け加工する。加工方法としては、垂直加
工性のよい、ドライエッチングやレーザ加工が適してい
る。この例ではエキシマレーザによるレーザ加工を用い
た。ドライエッチングの場合は、酸素や酸素とＣＦ₄の
混合ガスを用いた反応性イオンエッチングが使える。ま
た、レーザ加工としては、紫外線レーザ、特にエキシマ
レーザやＴＥＡ−ＣＯ₂を用いたレーザアブレーション
が有効である。こうして、ドライエッチングやレーザ加
工によりビア部１１６の有機樹脂１１２が取り除かれ、
ビアの底に下部銅箔１１３の表面が露出する。なお、Ｔ
ＥＡとは、レーザ放電管の放電方向と垂直方向にレーザ
ビームをを取り出す方式のことを意味している。

【００２８】図１（ｅ）に示すように、ビア加工マスク
パターン１１５をウェットエッチングにより除去する。
この際、ビア底の下部銅箔１１３の表面もいくらかエッ
チングされるが、上部銅箔１１１と下部銅箔１１３の膜
厚差のため、下まで突き抜けることはない。つまり、こ
のビア加工マスクパターン１１５の除去を考慮して、こ
の下部銅箔１１３の厚さを上部銅箔より厚くなるように
決めている。

【００２９】図１（ｆ）に示すように、下部銅箔１１３
を給電電極（カソード）としてビア穴部１１６に銅めっ
き１１７を施す。この時、銅めっきビアの先端は、有機
樹脂１１２の表面より少し突き出させる。銅めっきビア
１１７の有機樹脂表面からの突出し量は特に限定される
わけではないが、１〜１０μｍの範囲が望ましい。この
例では突出し量１μｍとした。銅めっきビア１１７の先
端部には、引き続き接合金属薄膜１１８をめっきする。
接合金属としては、有機樹脂のガラス転移温度以上、２
５０℃以下、好ましくは１８０〜２５０℃で十分な拡散
結合が行なわれる金属を選択することが重要であり、例
えばＳｎ、Ｚｎ単体、もしくはＳｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−
Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｐｂ合金などの合金が適する。接合金
属薄膜の膜厚は、特に限定されるものではないが、１〜
１０μｍの範囲が望ましい。ここの例ではＳｎを１μｍ
めっきした。

【００３０】なお、接続金属薄膜１１８の表面は酸化防
止のため置換金めっきや無電解金めっきで被覆してもよ
い。

【００３１】図１（ｇ）に示すように、ビア１１７に接
合金属薄膜１１８が形成された表面側を保護フィルム、
もしくは塗布型の保護レジスト１１９で被覆し、裏面保
護フィルム１１４を除去する。ここでは保護レジスト１
１９として、粘着剤付きの保護フィルム１１４と同一の
ものを使用した。

【００３２】図１（ｈ）に示すように、最後に、下部銅
箔１１３をフォトエッチングにより加工して、シート裏
面に所望の配線パターン１２０を形成する。すなわち、
図面を省略しているが、具体的には、下部銅箔１１３の
上にフォトレジストを塗布し、所定の配線パターン形成
用のマスクを介して露光し、現像してレジストパターン
を形成する。次いでレジストパターンをマスクにして下
部銅箔１１３を選択的にエッチングして配線パターン１
２０を形成し、レジストパターンを除去する。

【００３３】以上により、導体配線１２０および導体ビ
ア１１７に接合金属膜１１８を持つ有機樹脂シート、す
なわち薄膜回路ユニットを形成することが出来た。な
お、ここで述べた薄膜回路ユニットは、薄膜多層回路全
体のうちで、内層回路ユニット１２を構成するものであ
る。

【００３４】〈実施例２〉この実施例は、実施例１と同
様の内層回路ユニット１２を示すものであるが、有機樹
脂絶縁膜１１２の両面に形成する金属箔１１１および１
１３を異なる二種類の金属箔で構成したものであり、有
機樹脂フィルム１１２の上面に膜厚３〜１８μｍのアル
ミ箔、同下面に膜厚５〜３５μｍの銅箔を接着した有機
樹脂シートを出発材料とする。この例では厚さ５μｍの
アルミ箔、厚さ１８μｍの銅箔を用いた。

【００３５】製造工程は、大部分が図１に示した実施例
１の内容に準ずるが、図１（ｃ）工程のビア加工マスク
１１５に、実施例１では銅箔パターンを使用した代わり
に、この例ではアルミ箔パターンを用いる点が異なる。
すなわち、実施例１の上部銅箔１１１の役割をこのアル
ミ箔が受け持つ。

【００３６】以下、図１の工程図を引用して説明する
と、先ず、このアルミ箔１１１を、所定のマスクを介
し、露光、現像するフォトエッチング工程によりビア加
工マスクパターン１１５に加工する。次いでこのアルミ
箔マスク１１５を、実施例１と同様の方法で有機樹脂１
１２のビア穴１１６加工に用いる〔図１（ｄ）工程に相
当する〕。その後、アルミ箔マスク１１５は、希塩酸、
例えば１０〜１５％塩酸により容易に除去できる〔図１
（ｅ）工程に相当する〕。この際、ビア１１６の底部に
露出した下部銅箔１１３の表面はほとんどエッチングさ
れないので、プロセス管理の容易な点が利点である。

【００３７】つまり、この実施例には二つの特徴点があ
り、その一つは、このプロセス管理の容易な点にあり、
希塩酸を用いると、アルミ箔に対する銅箔のエッチング
選択比が大きいため、アルミ箔マスクは除去されても銅
箔はエッチングされない。もう一点は、銅箔がエッチン
グされないために下部銅箔１１３を薄くすることができ
る点にあり、図１（ｈ）工程で配線パターン１２０を形
成する際に、高密度の微細配線パターンを容易に形成す
ることができると云う効果を有している。

【００３８】〈実施例３〉この実施例は、薄膜多層回路
基板の表面層ユニットの構成と形成方法の一例について
示すものであり、以下、図２の断面工程図にしたがって
説明する。なお、表面層ユニット１１は、実装回路基板
の最表面に積層されるものであり、その構成は、図２
（ｆ）に示すように表面には少なくとも電子部品接続用
のボンディングパッド（表面メタライズ層１２３で被覆
された表面層銅パッド１２２）が形成されており、ＬＳ
Ｉその他の電子部品を直接接続および搭載の役割を担
う。また、裏面には内層回路ユニット１２が複数枚積層
された最上層の電極（表面に突出し、接合金属膜１１８
で被覆されたビア１１７）に接続するための裏面接続パ
ッド１２４が設けられている。

【００３９】表面層ユニット１１を形成する出発材料
は、基本的に実施例１と同様のものが使え、工程も途中
まで実施例１と同様である。

【００４０】図２（ａ）は、実施例１の図１（ａ）〜
（ｃ）工程を経た状態、すなわち、フォトエッチング加
工により上部銅箔１１１にビア加工マスクパターン１１
５が形成された直後の状態を示している。

【００４１】図２（ｂ）は、ビア加工マスクパターン１
１５により実施例１の図１（ｄ）と同一工程でビア穴１
１６を形成した状態を示している。

【００４２】図２（ｃ）は、以下の状態を示している。
すなわち、ビア加工マスクパターン１１５となった上部
銅箔（１１１）を残したまま、下部銅箔１１３をカソー
ドとして電気銅めっきを行い、ビア穴１１６を電気銅で
充填する。この際、銅めっき表面が上部銅箔の開口部に
達すると、銅めっきビア１１７が必然的に上部銅箔（１
１１）の端部に接触し、以後はシ−トの上部全面が共通
の電析面となって銅めっき膜１２１が成長する。上部電
気銅めっき膜１２１が所望の厚さに達した時点でめっき
を止める。この例では上部電気銅めっき膜１２１を厚さ
１０μｍ形成した。

【００４３】図２（ｄ）は、電気銅めっき膜１２１およ
び上部銅箔１１１を加工したビア加工マスクパターン１
１５からなる表面側の銅層を、上記図２（ａ）と同一工
程によるフォトエッチングにより加工し、表面層銅パッ
ド１２２を形成した状態を示している。

【００４４】図２（ｅ）は、以下の状態を示している。
すなわち、銅パッド１２２の表面に、表面メタライズ１
２３として、ニッケルめっき膜、例えば無電解Ｎｉ−Ｂ
めっき膜、または無電解Ｎｉ−Ｐめっき膜を必要な膜厚
だけ形成する。ここでは、無電解Ｎｉ−Ｂめっき膜を２
μｍ形成した。そして、このＮｉめっき膜の表面には半
田材料の濡れ性確保のため、置換金めっき、または置換
金めっきおよび無電解金めっきを施す。

【００４５】図２（ｆ）は、最後の工程を示しており、
実施例１の図１（ｇ）工程と同様に表面メタライズ１２
３を被覆した表面層銅パッド１２２のある側を保護フィ
ルムまたはレジスト１１９で保護し、裏面保護フィルム
１１４を剥がし（ここまでの工程図は省略した）、次い
で図示のように下部銅箔１１３を接続パッド１２４の形
状に加工する。加工方法は、同図（ｄ）の表面銅層パッ
ド１２２の形成工程と同様に通常のフォトエッチングに
よる。裏面接続パッド１２４の表面には、表面酸化防止
のため、置換金めっき、または無電解金めっきを施して
もよい。

【００４６】以上の工程により、表面層ユニット１１の
形成が出来た。なお、表面層ユニット１１の表面メタラ
イズ１２３は、ＬＳＩなどの電子部品の端子接続に用い
るため、半田材料に対するバリヤの役割を果たし、ま
た、ＬＳＩのリペア耐性（配線基板に一度接続したＬＳ
Ｉを取り外して交換し、接続し直すなど）、ワイヤボン
ディング性などの特性を満足する。

【００４７】〈実施例４〉薄膜回路ユニットとしては、
前述した通り内層回路ユニット、表面層ユニットの他
に、下地基板接続ユニットがある。この実施例では、こ
の下地基板接続ユニットの構造とその形成例について説
明する。下地基板接続ユニットは、複数の内層回路ユニ
ットの積層体と、その最上部に積層した表面層ユニット
とからなる薄膜多層回路部を、セラミック多層基板やリ
ジット多層プリンド配線板の上に形成する場合、これら
下地基板と薄膜回路部とを接続する役割を果たすもので
ある。

【００４８】以下、図３の断面図にしたがって下地基板
接続ユニット１３の構成を説明する。図示の通り、その
構造は、実施例１の図１に示した内層回路ユニット１２
の表面と裏面とを逆にした構成に類似している。すなわ
ち、表面に銅箔１１３をフォトエッチングによりパター
ン化して上部接続パッド１２２ａを、さらにその上に上
部接合金属膜１１８ａを設けている。ビア穴１１６に
は、銅めっきにより充填された銅めっきビア１１７が形
成され、その先端部は有機樹脂絶縁膜１１２の表面上に
少し突き出て、その表面に下部接合金属膜１１８ｂが形
成されている。このように、実施例１の内層回路ユニッ
トと同様の構造を有しているが、接続導体部の表裏両面
側に接合金属薄膜１１８が形成されているのが特徴であ
る。

【００４９】この下地基板接続ユニット１３の製造工程
も、基本的には実施例１の図１に示した内層回路ユニッ
トの製造工程と同様である。ただし、各工程のシートの
上下面は逆の構成となっている。そして、図１（ｈ）工
程では、実施例１で配線パターン１２０を形成する代わ
りに、本実施例では上部接続パッドパターン１２２ａを
形成し、その表面に図１（ｆ）工程と同様に接合金属膜
として下部接合金属１１８ｂを被覆する。

【００５０】〈実施例５〉この実施例は、以上の実施例
１〜４で作成した各薄膜回路ユニット、すなわち、内層
回路ユニット、表面層ユニット、下地基板接続ユニット
を基板上に積層し、これらの積層体を一括して加熱圧着
することにより一体化して薄膜多層回路基板を実現する
一例を示すものである。以下、図４〜図７を用いて製造
工程の説明と共に、薄膜多層回路基板の構造例を説明す
る。

【００５１】図４は、薄膜多層回路基板の製造工程図を
示したものである。先ず、同図（ａ）に示すように、配
線基板１４としてセラミック１２９の表面に銅膜による
整合パッド１２８を、そして内部に一端がこのパッド１
２８に接続し、他端が裏面に突出した厚膜スルーホール
導体１１７ａを、それぞれ設けたセラミック多層配線基
板を用意する。このセラミック基板１４としては、通
常、ムライト−Ｗ同時焼結多層配線基板、またはガラス
セラミック−Ｃｕ同時焼結多層配線基板が用いられる
が、ここでは、後者のガラスセラミック−Ｃｕ同時焼結
多層配線基板を用いた。

【００５２】同図（ｂ）に示すように、次に、薄膜多層
回路部の積層体１５を以下のように形成する。実施例４
で形成した下地基板接続ユニット１３の上部接続パッド
１２２ａ側を上向きにして、表面が平滑なテフロン定盤
からなる治具１６上に設置し、この上に光学的なパター
ン位置合わせを行いながら、検査工程を通過した実施例
１もしくは２で形成した内層回路ユニット１２を積層
し、シート端部の最低４箇所で瞬間接着剤による上下層
の仮止めを行う。続けて、内層回路ユニット１２を必要
な枚数だけ下から順に、位置合わせ・積層・仮止めの工
程を繰り返して設置する。この例では内層回路ユニット
１２を２０枚積層した。最後に、実施例３で形成した表
面層ユニット１１を同様の方法で設置し、薄膜多層回路
部の仮止め積層体１５が完成する。

【００５３】同図（ｃ）に示すように、引き続き、上記
整合パッド付きセラミック多層配線基板１４上に、光学
的なパターン位置合わせを行いながら、上記薄膜多層回
路部の仮止め積層体１５を設置し、仮止め積層体１７を
得る。

【００５４】同図（ｄ）に示すように、薄膜多層回路部
−セラミック基板仮止め積層体１７を、市販の真空吸引
機構付きホットプレス装置２０の下パンチ（加熱板）と
なる底部鏡面板２１の上に載置した。この際、上下パン
チ（加熱板）２１、２２と積層体１７との間に熱融着防
止のためのテフロンシート１８を介挿した。このホット
プレス装置２０を用いて、真空度１０〜６０ｔｏｒｒ、
静水圧１５〜３０ｋｇ／ｃｍ²、最高到達温度２５０℃
の条件でプレス成形し、セラミック多層回路−薄膜多層
回路複合基板を得た。

【００５５】なお、図５に、このホットプレス時の静水
圧と昇温スケジュールとの関係を示した。同図の左縦軸
は温度（℃）を、右縦軸は静水圧の圧力（ｋｇ）を、横
軸は時間（分）を、それぞれ示している。このプレス時
の温度条件としては、下限が少なくとも各ユニットの母
材となっている有機樹脂絶縁膜のガラス転移温度（Ｔ
ｇ）以上（一般に１８０℃以上）、上限が２５０℃以下
である。ここで使用した有機樹脂絶縁膜１１２のガラス
転移温度（Ｔｇ）は１９４℃であることから、最高到達
温度２５０℃は、このプレスの温度条件を十分に満たし
ている。したがって、この樹脂を用いる場合の最高到達
温度は２５０℃に限らず１９４〜２５０℃の範囲内で所
望の温度を選択することができる。

【００５６】図６は、このようにして得られたセラミッ
ク多層回路−薄膜多層回路複合基板の要部断面図を示し
ている。先ず、この複合基板の電気的な接続関係につい
て説明すると、セラミック基板からなる下地基板１４と
下地基板接続ユニット１３の接続は、下地基板１４上の
整合パッド１２８と積層体１７の一部を構成する下地基
板接続ユニット１３の銅めっきビア１１７を被覆する下
部接合金属膜１１８ｂとで行なわれる。下地基板接続ユ
ニット１３と内層回路ユニット１２との接続は、下地基
板接続ユニット１３の表面に形成された上部接続パッド
１２２ａを被覆する上部接合金属膜１１８ａと内層回路
ユニット１２の裏面に形成された配線パターン１２０と
の間で行なわれる。

【００５７】そして２０枚積層された内層回路ユニット
１２同士の接続は、互いに一方の銅めっきビア１１７に
被覆された接合金属膜１１８を介して他方の配線パター
ン１２０に接続される。最上の内層回路ユニット１２と
表面層ユニット１１との接続は、内層回路ユニット１２
の銅めっきビア１１７に被覆された接合金属膜１１８と
表面層ユニット１１の裏面接続パッド１２４とで行なわ
れる。この表面層ユニット１１の表面には表面メタライ
ズ１２３により被覆された表面層銅パッド１２２が形成
されており、電子部品を搭載、実装する時には、この表
面メタライズ１２３を介して電子部品の端子が接続され
る。

【００５８】また、薄膜多層回路部の積層体１５を構成
する各ユニット間の接続は、ホットプレスで加熱圧接す
ることにより、有機樹脂絶縁膜１１２の界面がそのガラ
ス転移温度以上に加熱されることで相互に溶融し、溶着
することにより行なわれる。下地基板１４に対しても下
地基板接続ユニット１３の有機樹脂絶縁膜１１２が溶着
することにより接続される。

【００５９】このようにして薄膜多層回路部１５を構成
するユニット相互間及び下地基板接続ユニットと下地基
板１４間の接続は、接合金属膜による電気的な接続と樹
脂による接続とが行なわれて十分な接続強度を有するセ
ラミック多層回路−薄膜多層回路複合基板が実現する。
なお、同図の１２５は、内層回路ユニット１２のＸ方向
配線を、１２６は、Ｙ方向配線を、それぞれ示してい
る。

【００６０】図７は、上記セラミック多層回路−薄膜多
層回路複合基板の内層回路ユニット１２同士の接続関係
をさらに詳細に示した要部断面拡大図あり、同図（ａ）
は、ホットプレス処理前の仮止め積層体１５の状態を、
同図（ｂ）はホットプレス処理後の接続状態を、それぞ
れ示している。同図（ｂ）から明らかなように、接続前
の銅めっきビア１１７上の接合金属膜１１８は、配線パ
ターン１２０と銅めっきビア１１７中に拡散し、合金を
形成して拡散接合形成部１２７を構成している。また、
隣接する有機樹脂絶縁膜１１２同士は互いに界面が溶融
して、溶着している様子がわかる。

【００６１】なお、本実施例はセラミック多層回路基板
を下地基板１４に用いた例であるが、下地基板はこれに
限定されるものでなく、その他、リジッドプリント配線
板、リジッド多層プリント配線板などを用いることも出
来る。また、当然のことながら、薄膜多層回路部の積層
体１５のみをホットプレス装置で同様に加熱圧着し、こ
れ単独を実装基板とすることもできる。

【００６２】以上のように、本発明は、薄膜多層回路基
板を構成する各配線層を、それぞれ独立したユニットと
して個別に製造しておき、各ユニット毎に予め検査を実
施して無欠陥品のみを選別し、それらを位置合わせして
積層し、全体を同時に加熱プレス成形することにより得
られるものであり、高い歩留と短い工期を両立できる。
また、全工程中の熱処理時間を大幅に削減すると共にプ
ロセス温度を比較的低温化するので、材料の熱劣化、残
留応力の問題が少ないため、配線層数の制約が無い。

【００６３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により所期
の目的を達成することができた。すなわち、従来の薄膜
多層回路基板の製造プロセスの欠点である、低歩留、長
い工程時間、薄膜の残留応力が積層数を限定する問題、
繰り返し高温熱処理による有機樹脂の物性劣化などの問
題を無くし、高歩留、かつ短納期の薄膜多層回路基板製
造技術と高信頼の薄膜多層回路基板を提供し、コンピュ
−タ、情報通信機器などの高度電子システムの性能向上
に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例となる内層回路ユニットの形
成プロセスを示す断面工程図。

【図２】同じく表面層ユニットの形成プロセスを示す断
面工程図。

【図３】同じく下地基板接続ユニットの形成プロセスを
示す断面工程図。

【図４】同じくセラミック多層回路−薄膜多層回路複合
基板の製造工程図。

【図５】同じくホットプレスの温度−圧力プロファイル
を示した時間スケジュール。

【図６】同じくセラミック多層回路−薄膜多層回路複合
基板の要部断面図。

【図７】同じく薄膜配線とビアとの間の拡散接合の状態
を示す断面拡大図。

【符号の説明】

１１…表面層ユニット、１２…内層回路ユニット、１３…下地基板接続ユニット、１４…セラミック基板（下地基板）、１５…薄膜多層回路部の仮止め積層体、１６…テフロン定盤、１７…下地基板上に搭載された仮止め積層体、１１１…上部金属箔、１１２…有機樹脂絶縁膜、１１３…下部銅箔、１１４…保護フィルム、１１５…ビア加工マスクパタ−ン、１１６…ビア穴、１１７…電気銅めっきビア、１１７ａ…厚膜スルホ−ル導体、１１８…接合金属膜、１１８ａ…上部接合金属膜、１１８ｂ…下部接合金属膜、１１９…保護レジストまたは保護フィルム、１２０…配線パタ−ン、１２１…表面層電気銅めっき膜、１２２…表面層銅パッド、１２３…表面メタライズ、１２４…裏面接続パッド、１２２ａ…上部接続パッド、１２５…Ｘ方向配線、１２６…Ｙ方向配線、１２７…拡散接合形成部、１２８…整合パッド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤了平神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者河合通文神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者山崎哲也神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者庄子房次神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者京井正之神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者佐藤秀己神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者安藤節夫神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下地基板上に、下地基板接続ユニットと、
内層回路ユニットが複数枚積層された内層回路ユニット
群と、表面層ユニットとが、順次積層されて薄膜多層回
路部を構成して成る薄膜多層回路基板であって、前記各
々のユニットは有機樹脂シートに配設された導体ビアを
介して上下配線層間の電気的な接続を形成すると共に、
有機樹脂シートの界面が相互に溶け合って接着すること
により一体化構造を形成して成り、前記表面層ユニット
の表面には、少なくとも電子部品を搭載、接続するため
の表面メタライズを被覆したパッドが配設され、内層回
路ユニットの表面には、有機樹脂シートの面上にわずか
に突出した導体ビアと、前記導体ビアの表面を被覆する
接合金属膜とが配設されると共に、前記接合金属膜がそ
の下地の導体ビアと、それに対向接続する内層回路ユニ
ット裏面に設けられた配線パターンとの両者に拡散して
拡散接合部を形成し、前記内層回路ユニット群内の上下
配線層間の電気的な接続を前記拡散接合部によって形成
して成る薄膜多層回路基板。
【請求項２】上記導体ビア及び配線パターンを銅で構成
すると共に、接合金属膜を銅と２５０℃以下の温度で拡
散接合できる金属薄膜で構成して成る請求項１記載の薄
膜多層回路基板。
【請求項３】上記接合金属膜をＳｎおよびＺｎのいずれ
かの単体金属、もしくはＳｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ａｇおよび
Ｓｎ−Ｐｂのいずれか一種の合金で構成して成る請求項
１記載の薄膜多層回路基板。
【請求項４】上記有機樹脂シートを構成する有機樹脂材
料を、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂およびエポキシ
樹脂のうちから選ばれた少なくとも一種の樹脂で構成し
て成る請求項１記載の薄膜多層回路基板。
【請求項５】有機樹脂シートを母材とし、その表面には
少なくとも前記有機樹脂シートの面上にわずかに突出し
た導体ビアと、導体ビアの表面を被覆する接合金属膜と
が配設されると共に、裏面には配線パターンが配設され
て成り、前記導体ビア及び配線パターンを銅で構成する
と共に、接合金属膜を銅と２５０℃以下、有機樹脂シー
トのガラス転移温度以上の温度で拡散接合できる金属薄
膜で構成して成る内層回路ユニット。
【請求項６】有機樹脂シートを母材とし、その表面には
少なくとも電子部品を搭載、接続するための表面メタラ
イズを被覆した表面層銅パッドが配設され、裏面には銅
めっきビアを介して前記表面層銅パッドに電気的に接続
された裏面接続パッドを配設して成る表面層ユニット。
【請求項７】有機樹脂シートを母材とし、その表面には
少なくとも上部接合金属膜によって被覆された上部接続
パッドが配設され、裏面には前記上部接続パッドに一端
が接続され、他端が前記有機樹脂シートの面上にわずか
に突出した銅めっきビアと、銅めっきビアの表面を被覆
する下部接合金属膜とが配設されて成り、上部接合金属
膜および下部接合金属膜を銅と２５０℃以下、有機樹脂
シートのガラス転移温度以上の温度で拡散接合できる金
属薄膜で構成して成る下地基板接続ユニット。
【請求項８】下地基板として表面に整合パッドを有す
る厚膜多層配線基板を準備する工程と、請求項７記載
の下地基板接続ユニットを表面が平滑な定盤上に載置
し、この上に光学的なパターン位置合わせを行ないなが
ら請求項５記載の内層回路ユニットを所定の複数枚、お
よび請求項６記載の表面層ユニットを順次積層し、これ
らユニット相互間を仮止めして薄膜多層回路部を構成す
る仮止め積層体を形成する工程と、前記整合パッドを
有する厚膜配線基板上に、光学的なパターン位置合わせ
を行ないながら前記薄膜多層回路部を構成する仮止め積
層体の下地基板接続ユニットの裏面側を載置して、薄膜
多層回路部−下地基板の仮止め積層体を形成する工程
と、前記薄膜多層回路部−下地基板の仮止め積層体
を、加熱圧着することにより仮止め積層体を一括して接
続固定する工程とを有して成る薄膜多層回路基板の製造
方法。
【請求項９】上記薄膜多層回路部−下地基板の仮止め積
層体の加熱圧着を、真空度１０〜６０ｔｏｒｒ、静水圧
１５〜３０ｋｇ／ｃｍ²、ユニットを構成する有機樹脂
シートのガラス転移温度以上、２５０℃以下の温度条件
下で行なうホットプレス工程で構成して成る請求項８記
載の薄膜多層回路基板の製造方法。
【請求項１０】各ユニットの母材となる有機樹脂シート
を、ポリイミド、ポリアミド、およびエポキシ樹脂の中
から選ばれる少なくとも一種の有機樹脂絶縁膜で形成す
ると共に、下地基板をセラミック多層基板で形成して成
る請求項８記載の薄膜多層回路基板の製造方法。
【請求項１１】有機樹脂絶縁膜の表裏両面に上部およ
び下部金属箔として厚さの異なる銅箔を張り合わせた有
機樹脂シートを準備する工程と、膜厚の厚い下部銅箔
面にエッチング保護膜を形成した状態で、フォトエッチ
ング工程により薄い上部銅箔を加工し、ビア加工マスク
パターンを形成する工程と、前記ビア加工マスクパタ
ーンを用いて有機樹脂層にビア穴を形成する工程と、
ビア加工マスクパターンをウエットエッチングにより除
去する工程と、下部銅箔を給電電極としてビア穴に銅
めっきを施し、ビア穴を銅めっきで埋め込み、銅めっき
ビアの先端が有機樹脂シートの表面よりわずかに突出し
た状態で銅めっきを停止し、引き続いて銅めっきビアの
先端に接合金属をめっきする工程と、ビアの形成され
たシート表面をエッチング保護フィルムで覆うと共に、
裏面に形成されたエッチング保護フィルムを除去し、そ
れにより露出した下部銅箔をフォトエッチング工程によ
り加工して配線パターンを形成する工程とを有して成る
内層回路ユニットの製造方法。
【請求項１２】有機樹脂絶縁膜の表面に上部金属箔と
してアルミ箔を、裏面に下部金属箔として銅箔を張り合
わせた有機樹脂シートを準備する工程と、フォトエッ
チング工程によりアルミ箔を加工してビア加工マスクパ
ターンを形成する工程と、前記ビア加工マスクパター
ンを用いて有機樹脂層にビア穴を形成する工程と、ビ
ア加工マスクパターンをウエットエッチングにより除去
する工程と、下部金属箔として裏面に形成した銅箔を
給電電極としてビア穴に銅めっきを施し、ビア穴を銅め
っきで埋め込み、銅めっきビアの先端が有機樹脂シート
の表面よりわずかに突出した状態で銅めっきを停止し、
引き続いて銅めっきビアの先端に接合金属をめっきする
工程と、ビアの形成されたシート表面をエッチング保
護フィルムで覆った状態で、裏面の銅箔をフォトエッチ
ング工程により加工して配線パターンを形成する工程と
を有して成る内層回路ユニットの製造方法。
【請求項１３】上記銅めっきビアの先端が有機樹脂シー
トの表面に突き出す突出し量を、１〜１０μｍとし、銅
めっきビアの先端にめっきする上記接合金属の厚さを１
〜１０μｍとして成る請求項１１もしくは１２記載の内
層回路ユニットの製造方法。
【請求項１４】上記有機樹脂シートを、ポリイミド、ポ
リアミド、およびエポキシ樹脂の中から選ばれる少なく
とも一種の有機樹脂絶縁膜で形成すると共に、上記接合
金属膜を銅と２５０℃以下、有機樹脂シートのガラス転
移温度以上の温度で拡散接合できる金属薄膜で形成して
成る請求項１１もしくは１２記載の内層回路ユニットの
製造方法。
【請求項１５】上記接合金属膜を、ＳｎおよびＺｎのい
ずれかの単体金属薄膜、もしくはＳｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ａ
ｇおよびＳｎ−Ｐｂのいずれか一種の合金薄膜で形成し
て成る請求項１４記載の内層回路ユニットの製造方法。
【請求項１６】ビア加工マスクパターンを用いて有機樹
脂層にビア穴を形成する工程を、ドライエッチング工
程、もしくはレーザビーム加工工程として成る請求項１
１もしくは１２記載の内層回路ユニットの製造方法。