JPH0955583A - 多層配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】多層配線基板における層間の接続信頼性の向
上。 【構成】ヴィア配線２４の一端は、平面配線２２と、導
電性接合材料２８を介して接続され、絶縁膜２１を形成
する絶縁材料の接着温度は、導電性接合材料２８の接合
温度より低い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マルチチップモジュー
ル等に用いられる多層配線基板およびその製造方法と、
該多層配線基板の製造に用いられる薄膜配線シートおよ
びその製造方法とに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置等を相互接続させるた
めに、配線の高密度化が可能な薄膜多層配線基板が用い
られている。この薄膜多層配線基板の製造方法として
は、下層の配線層の表面に上層の配線層を形成すること
を繰り返すことにより、多層の配線層を逐次的に積層す
る方法が知られている。しかし、この方法では、コスト
が高くなり、かつ、製造に要する時間が長くかかってし
まう。そこで、これらの問題を解決するため、例えば、
特開昭６３−２７４１９９号公報に記載された技術で
は、各配線層を薄膜配線シートとして別個に作製し、そ
れらを一括して積層することにより、薄膜多層配線基板
を得る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の特開昭
６３−２７４１９９号公報に記載された手法では、配線
層間の接続は、配線材料の相互拡散のみによって行われ
るため、安定したコンタクトを取りにくく、十分な接続
信頼性が得られなかった。

【０００４】そこで、本発明は、接続信頼性の高い多層
配線基板、該基板の製造方法、および該方法に用いられ
る薄膜配線シートを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、複数の平面配線層と、複数のヴィア配
線層とを有する薄膜積層体を備える多層配線基板におい
て、上記平面配線層は、加熱により接着性が発現する絶
縁材料からなる絶縁膜と、導体からなる平面配線とを備
え、上記ヴィア配線層は、導体からなるヴィア配線と、
絶縁材料からなる絶縁膜とを備え、上記ヴィア配線の少
なくとも一部は、少なくとも一端が、上記平面配線に、
導電性接合材料を介して導通可能に接続され、上記膜絶
縁材料の接着性の発現する温度は、上記導電性接合材料
の接合温度より低いことを特徴とする多層配線基板と、
その製造方法とが提供される。

【０００６】また、本発明では、導体からなる平面配線
およびヴィア配線と、少なくとも一部が、加熱により接
着性が発現する絶縁材料からなる絶縁膜とを、それぞれ
備え、上記ヴィア配線の少なくとも一部は、少なくとも
一端が、上記平面配線に、導電性接合材料を介して導通
可能に接続され、上記膜絶縁材料の接着性の発現する温
度は、上記導電性接合材料の接合温度より低い、複数の
薄膜配線シートを、一括積層する多層配線基板の製造方
法と、該方法により作製される多層配線基板とが提供さ
れる。

【０００７】

【作用】配線を安定して接合させるために、本発明で
は、導電性接合材料を介して配線を接合させる。しか
し、導電性接合材料を用いて配線を接合させることを検
討したところ、つぎの二つの問題が発生した。

【０００８】第１に、導電性接合材料を加熱溶融させる
際に発生する熱応力が、配線の接合部分の断線を発生さ
せる原因となることがある。

【０００９】第２に、溶融した導電性接合材料が濡れ広
がり、所定の接合点以外の配線に接触して、短絡を起こ
す原因となることがある。

【００１０】そこで、本発明では、以下の手段によりこ
れらの問題を解決した。先ず、第１の断線の問題を解決
すべく、絶縁膜が接着する温度と導電性接合材料が接合
する温度との関係について詳細な検討を行ったところ、
絶縁膜材料として、加熱により接着性が発現し、その接
着温度（接着性の発現する温度）が導電性接合材料の接
合温度より低いという性質を備える材料を用いる必要が
あることが判明した。すなわち、そのような絶縁膜材料
および導電性接合材料を用いることにより断線の問題を
解決することが可能であることが見出された。

【００１１】ここで用いることができる絶縁膜材料とし
ては、接着温度が低く、耐熱性が良く、膜特性（とくに
伸び特性）がよい高分子材料、例えば、ポリアミド、ポ
リアミドイミド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフ
ォン、ポリエーテルイミド、軟化溶融タイプのポリイミ
ド等を用いることができる。具体的には、下記一般式
（化１）〜（化６）により表わされる繰返し単位の何れ
かを有する熱可塑性高分子が、絶縁膜材料として特に適
している。これらの高分子材料は、ガラス転移点以下の
比較的低温（７０℃〜４００℃）で軟化（または溶融）
し、接着性が発現するからである。なお、接着温度は、
通常、軟化（または溶融）温度より１０〜２０℃高い温
度である。本発明では、これらの材料を用いて絶縁膜を
形成することが望ましいが、これらの材料を絶縁膜材料
とする代わりに、層間接着のための接着剤として用いる
こともできる。この場合、絶縁膜表面にこれらの材料か
らなる接着層を形成し、この接着層表面に平面配線を形
成するようにすればよい。本発明で絶縁材料として用い
られる高分子材料の重量平均分子量は、機械特性の観点
から２万以上であることが望ましく、ポリイミドであれ
ば、通常２万〜１０万程度である。

【００１２】

【化１】

【００１３】

【化２】

【００１４】

【化３】

【００１５】

【化４】

【００１６】

【化５】

【００１７】

【化６】

【００１８】なお、各材料の軟化点または溶融点は、そ
の構造等に応じて定まり一様ではないが、これらの材料
のうちのいくつかを、具体例として表１に挙げる。表１
に示した材料は、それぞれ、軟化（または溶融）温度よ
り１０〜２０℃高い温度で接着するのが望ましい。

【００１９】

【表１】

【００２０】また、本発明において用いられる導電性接
合材料としては、例えば金と錫の合金、金とゲルマニウ
ムの合金、鉛と錫の合金、または銀と錫の合金等などを
挙げることができる。本発明では、これらの材料系のう
ち、絶縁膜材料の接着温度より接合温度が高いものを適
宜選択して用いる。なお、各材料系の接合温度は、その
組成に応じて定まり一様ではないが、これらの材料系の
うちのいくつかを、具体例として表２に挙げる。

【００２１】

【表２】

【００２２】つぎに、第２の短絡の問題について検討し
たところ、やはり、上述のように絶縁膜材料の接着温度
より高い接合温度の導電性接合材料を用いることにより
解決されることがわかった。このような材料を用いれ
ば、導電性接合材料が接合時に溶融して濡れ広がる前
に、絶縁膜材料が導電性接合材料の周辺をも含めて接着
してしまうため、導電性接合材料の濡れ広がりを抑止す
るからである。従って、このような材料を用いることに
より、導電性接合材料の過度の濡れ広がりによる短絡を
防ぐことができる。

【００２３】なお、配線の接続をより確実にするために
は、導体接続材料の量は多い方が望ましい。また、導体
接続材料を挾着する箇所が多層に渡って重複すると、絶
縁膜表面から突出した配線が重複する場合と同様に、そ
の箇所のみ厚くなってしまうという問題が生じることが
ある。

【００２４】そこで、本発明では、薄膜配線シート表面
のヴィア配線露出部分に、接合時の導体接続材料の濡れ
広がりを防ぐための接続用凹部を設けることが望まし
い。このようにすれば、導体接続材料が該凹部に留まる
ため、外部に濡れ広がりを短絡の生じない程度の範囲に
とどめたまま、接続に十分な量の導体接続材料を用いる
ことができる。このことは、配線ピッチの狭い高密度回
路を形成する際には特に有効に働く。また、この凹部に
より接続材料による段差も解消または削減される。

【００２５】接続用凹部の大きさは、配線幅、配線密
度、用いる導体接続材料の量に応じて決定される。ま
た、凹部の形状は、導体接続材料の濡れ広がりを抑止す
ることができればどのような形状であってもよく、例え
ば、ヴィア配線露出部分の周囲を囲む溝を形成し、これ
を接続用凹部とすることができる。また、絶縁膜表面
に、ヴィア配線の露出部分よりも広い開口部を有する凹
部を設け、ヴィア配線の端部が、この凹部の底部に露出
するようにしてもよい。このようにする場合、凹部は、
例えば、ヴィア配線の直径の１．５〜２倍程度の直径
で、ヴィア配線の高さの０．５倍程度の深さの円筒にす
る。例えば、図８に示すように、配線１２幅２０〜６０
μｍの場合、絶縁膜１１の厚さを２０〜６０μｍとし、
ヴィア配線１６の直径を１０〜６０μｍとするが、この
とき、ヴィア配線のピッチが３００μｍ程度であれば、
接続用凹部１７は、直径を２０〜１００μｍ、深さを５
〜４０μｍとすることが望ましい。

【００２６】なお、凹部の形状は、円筒形に限られな
い。凹部の形状としては、凹部の開口部と、凹部の、平
行な任意の断面の面積が、開口部の面積以下であるよう
な形状が好ましい。このような、内部が開口部より内部
が広くなっていない形状であれば、凹部内部に空隙が残
りにくいからである。このような形状としては、例え
ば、角柱形、円柱形や円錐台形などがある。

【００２７】また、導体接続材料により充填されなかっ
た部分が空隙となって残るのを防ぐため、接続に用いる
導体接続材料の量は、接続用凹部の容積と同じか、やや
多い程度であって、濡れ広がりが短絡の原因とならない
程度の量とすることが望ましい。

【００２８】また、上述の従来技術では、平面配線と、
平面配線間の導通を図るためのヴィア配線とを、別々の
薄膜配線シートに形成する。従って、平面配線部分を含
むフィルムと、それらを接続するためのヴィア配線を含
むフィルムとが一体ではないために、接続点が非常に多
くなり、歩留まりを悪化させる原因となる。

【００２９】そこで、本発明では、表裏一方の面に配線
を埋め込んだ絶縁膜の他方の面に、該配線に達するヴィ
アホールを形成し、導体で充填することによってヴィア
配線を形成する。これにより、平面配線とヴィア配線と
を両方備える薄膜配線シートが得られる。この薄膜配線
シートでは、平面配線は、少なくとも一部が絶縁膜外部
に露出し、残りが絶縁膜中に埋め込まれている。また、
ヴィア配線は、一端が該平面配線に接続し、他端が薄膜
配線シート外部に露出している。本発明では、このよう
に一枚のフィルムに平面配線とヴィア配線とを備えるこ
とにより、積層枚数を減らし、導体の層間接合部分を減
らすことができる。

【００３０】半導体装置等の相互接続に用いる場合、薄
膜多層配線基板を、さらに厚膜配線基板上に接着して用
いることが多い。このようにして用いる場合、薄膜多層
配線基板は、熱による膨張が少ないことが望ましい。熱
膨張が大きいと、薄膜多層配線基板へ半導体装置等を搭
載する際に発生する熱応力により、薄膜基板が厚膜基板
から剥離してしまうことがあるからである。

【００３１】しかし、本発明で薄膜配線シートの絶縁膜
に用いられる熱可塑性高分子材料は、一般に熱膨張係数
が大きい。従って、絶縁膜は、熱膨張を抑えるために、
熱可塑性高分子材料からなる第１層および第３層で、低
熱膨張性高分子材料からなる第２層を挾持した３層構造
であることが望ましい。特に、厚膜・薄膜多層配線基板
における薄膜部分（薄膜配線シートの積層された部分）
の厚さが全体で１５０μｍを超える場合には、熱応力に
よる剥離が発生しやすいため、絶縁膜をこのような３層
構造にすることが不良発生回避のために有効である。

【００３２】なお、第１層および第３層の熱可塑性高分
子材料には、上述の熱可塑性高分子材料を用いることが
できる。また、第２層の低熱膨張高分子材料は、熱膨張
係数が２０ｐｐｍ／℃以下であることが望ましく、例え
ば、低熱膨張性のポリイミドを用いることができる。本
発明における第２層の低熱膨張高分子材料としては、特
に、つぎの（化７）により示されるポリイミドを用いる
ことが好ましい。

【００３３】

【化７】

【００３４】つぎに、本発明による多層配線基板の製造
方法の例を図１を用いて説明する。

【００３５】まず、加熱により軟化し接着が可能となる
絶縁膜１１と導体層１２ａとからなる複合フィルムを用
意する（図１（ａ））。この複合フィルム１９は、例え
ば、導体フィルム１２ａ表面に熱可塑性高分子膜を形成
することにより得られる。この場合の熱可塑性高分子膜
１１の形成方法は、例えば、導体フィルム表面に、上述
の熱可塑性高分子（またはその前駆体）を溶剤に溶解さ
せて得られるワニスを塗布、加熱する方法がある。ま
た、複合フィルム１９は、熱可塑性高分子膜である絶縁
膜１１表面に導体膜１２ａを形成することによっても得
ることができる。この場合の導体膜１２ａの形成方法と
しては、絶縁膜１１表面への導体の蒸着、スパッタリン
グ、あるいはめっき等がある。

【００３６】次いで、導体層１２ａの不要部分をエッチ
ングにより除去し、パターンニングして、平面配線１２
を得る（図１（ｂ））。なお、導体層１２ａの不要部分
の除去には、例えば、周知のフォトリソグラフィの手法
を用いることができる。しかし、平面配線１２の形成方
法はこれに限られず、アディティブ法など、他の手法を
用いてもよい。

【００３７】つぎに、ヴィアホール１３をレーザやドラ
イエッチング、ウエットエッチング等の方法により形成
し（図１（ｃ））、ヴィアホール１３を導体で充填して
ヴィア配線１４とする（図１（ｄ））。

【００３８】なお、ここで、接続用凹部を設けるには、
ヴィアホールを、図１（ｄ）に図示したような円筒形１
３にする代わりに、図１（ｅ）に図示するように、ヴィ
アホール１３の開口部を広げた形状にすればよい。例え
ば、ヴィアホール１３の開口部に、ビアホールと同心に
して、ヴィアホール１７よりも直径が大きく深さが浅い
円筒形の穴１７をあければ、図１（ｅ）に図示する２段
構造の穴が得られる。このようにして接続用凹部１７ａ
を形成したのち、ヴィアホール１５を導体で満たせば、
ヴィア配線１８が得られる（図１（ｆ））。あるいは、
ヴィア配線１４の露出部周囲を囲む溝を形成して接続用
凹部としてもよい。

【００３９】以上により、平面配線１２と、ヴィア配線
１４，１６とを備える薄膜配線シート２０が得られる。

【００４０】なお、絶縁膜１１には、上述のように、積
層するシートの全厚さが１５０ミクロンを越えるような
場合には、基板へ積層する場合の熱応力を勘案して、図
７に示すような３層構造の膜１１ａを用いることが望ま
しい。図７には、この絶縁膜１１ａに導体層１２ａを形
成した複合フィルム１９を図示した。この３層膜１１ａ
は、熱により軟化する材料（望ましくは熱可塑性高分
子）からなる第１層１１１および第３層１１３と、それ
らに挾持される低熱膨張性高分子からなる第２層１１２
とからなる。上述のように、膜の中間に低熱膨張性高分
子層１１２を有する３層構造の絶縁膜１１ａを用いるこ
とにより、薄膜が、厚膜基板から剥離することを防止す
ることができる。また、積層した薄膜配線シートの圧着
時に、下層の平面配線が上層の第３層に埋め込まれるこ
とになるが、絶縁膜の中間に熱により軟化しない層を設
けておけば、第１層表面に形成された平面配線と、第３
層に埋め込まれる配線とが、接触するのを回避すること
ができるので好ましい。

【００４１】なお、第１層および第３層の膜厚をそれぞ
れ５〜１０μｍとし、第２層の膜厚を１０〜５０μｍと
することが望ましく、平面配線の厚みが１０μｍ以上で
あれば、第３層の厚さは、下層に積層される平面配線の
厚さ以上とすることが望ましい。

【００４２】この絶縁膜１１ａは、例えば、ポリイミド
前駆体ワニスを加熱重合させることにより、低熱膨張性
ポリイミドのフィルム１１２を形成し、その表裏両面に
アッシング等の処理を行ったのち、表裏両面に、熱可塑
性高分子またはその前駆体の溶液を塗布し加熱するか、
もしくは、溶融した熱可塑性高分子を塗布し乾燥するこ
とにより、第１層１１１および第３層１１３を形成する
ことにより、作製することができる。

【００４３】以上の工程により、所望の枚数の薄膜配線
シートを作製したのち、配線の接続点にはんだ等の導体
接続用材料を供給しながら積層し、ベーク炉内もしくは
ホットプレート上で加熱しながら加圧して、接着接続す
ることにより、薄膜多層配線基板が得られる。また、所
望の厚膜基板上に積層してから高温で加圧して接着接続
をすれば、厚膜薄膜複合多層配線基板を得ることができ
る。

【００４４】本発明では、この接着接合において、まず
絶縁膜１１または１１１および１１３が軟化し、層間で
接着がなされ、さらに調音すると、導電性接合材料が接
続される。そこで、積層体の加熱圧着に際しては、積層
体を絶縁材料の接着温度まで昇温して一定時間保持した
のち、導電性接合材料の接合温度まで昇温して一定時間
保持することが望ましい。

【００４５】この接着接続に際しては、層間に気泡を残
さないために、系全体を減圧にすることが望ましく、更
に、薄膜側から厚膜側へ平板等を用いて力を作用させて
プレスすることが望ましい。なお、積層時の減圧は、１
０００分の１気圧以下にすることが望ましい。

【００４６】なお、絶縁膜２１を、加熱により軟化する
材料を用いて形成する場合、図１０に示すように、絶縁
膜２１上に形成された導体膜２１ａ（図１０（ａ）に図
示）をパターン化し、平面配線２２を形成したのち（図
１０（ｂ）に図示）、絶縁膜２１を加熱して軟化させた
うえで、平面配線２２を押圧して絶縁膜２１に埋込み
（図１０（ｃ）に図示）、この埋め込まれた平面配線に
接するようにヴィア配線（図１０（ｄ））を形成するこ
とが望ましい。このようにすれば、平面配線とヴィア配
線の重畳による薄膜配線シートの屈曲を抑えることがで
き、これに起因する密着性の現象、配線の断線および短
絡といった問題は生じない。なお、絶縁膜の絶縁材料
は、熱可塑性高分子材料であることが望ましい。熱可塑
性高分子材料は、加熱前と冷却後との寸法変化が少ない
からである。絶縁膜材料として熱可塑性高分子材料を用
いれば、熱圧着時の寸法精度がよい。

【００４７】なお、図１０（ｅ）には、ヴィア配線２４
の露出部周囲に溝９１を形成して、接続用凹部を備える
薄膜配線シート９０を図示した。このように、接続用凹
部として、溝９１を形成する場合には、ヴィアホールに
導体を充填した後に行うことが望ましい。ヴィア導体が
溝９１に充填されることを防ぐことができるからであ
る。

【００４８】本発明のフィルム積層方法によれば、薄膜
技術で多層配線回路を信頼性高くかつ低コストで形成す
ることが可能である。これは、用いる絶縁性接着剤の接
着温度を導電性接合材料の接合温度より低くすることに
より接合界面にかかる応力を最小限に留めることで断線
を防止したことによる。さらに、このことは、導電性接
合材料の必要以上の濡れ広がりを抑制する効果があり、
短絡の防止になる。また、導電性接合材料の適用量が多
い場合には、濡れ広がりを抑止する接続用凹部を設ける
ことにより、短絡を防止することが望ましい。

【００４９】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を用いて説明
する。なお、各実施例および比較例において用いた絶縁
膜の材料を、表３に示す。

【００５０】

【表３】

【００５１】＜実施例１＞本実施例では、図２に示すよ
うに、つぎのＡ〜Ｃの工程により、薄膜・厚膜複合多層
配線基板の作製した。

【００５２】Ａ．薄膜配線シートの作製 つぎの（１）〜（４）の工程を繰り返すことにより、銅
配線２２およびヴィア配線２４を備える、一辺１０ｍｍ
の正方形の薄膜配線シート２０を３枚作製した。

【００５３】（１）まず、下記構造式（化８）により表
わされる酸二無水物

【００５４】

【化８】

【００５５】と、下記構造式（化９）により表わされる
ジアミン

【００５６】

【化９】

【００５７】とを溶媒（Ｎ−メチルピロリドン）中で重
合させることにより得られるポリエーテルイミド前駆体
ワニス（固形分濃度２０ｗ／ｗ％）を、厚さ５μｍの銅
箔２２ａ表面に塗布後、加熱硬化して、厚さ３５μｍの
絶縁膜２１を形成することにより、図２（ａ）に示す複
合フィルム２２ｂを作製した。

【００５８】得られた絶縁膜２１は、表３に材料番号１
として示した構造を有するポリエーテルイミドからな
る。

【００５９】（２）つぎに、銅膜２２ａ上に、ポジ型レ
ジスト膜を形成し、所定のパターンのマスクを介して露
光させ、現像した後、銅のエッチングを行ない、レジス
トを剥離して、配線２２を得た（図２（ｂ））。ここ
で、配線幅は２０μｍ、配線２２間の最近接距離は５０
μｍ、配線ピッチは７０μｍとした。

【００６０】（３）最後に、エキシマレーザを用いて、
絶縁膜２１の所望の部分にヴィアホール２３を形成し
（図２（ｃ））、ヴィアホール２３内に無電解めっき法
にて銅を充填して、ヴィア配線２４を得た（図２
（ｄ））。これにより、平面配線２２およびヴィア配線
２４を備える薄膜配線シート２０（第１層用薄膜配線シ
ート２０ａ、第２層用薄膜配線シート２０ｂ、および第
３層用薄膜配線シート２０ｃ）が得られた。なお、ヴィ
アホールの形成には、選択性エッチングなど、他の方法
を用いてもよい。

【００６１】Ｂ．表面電極の作製 銅箔２２ａの代わりにニッケル箔を用い、上述の（１）
〜（３）と同様にして薄膜配線シートを作製した。これ
により、銅配線２２の代わりにニッケルの表面電極２５
を備える最上層用薄膜配線シート２０ｄが得られた。

【００６２】Ｃ．積層 つぎに、図２（ｅ）に示すように、内部にタングステン
配線２７を有するアルミナ系セラミック基板２６上に、
第１層用薄膜配線シート２０ａ、第２層用薄膜配線シー
ト２０ｂ、第３層用薄膜配線シート２０ｃ、最上層用薄
膜配線シート２０ｄの順で薄膜配線シート２０を積層し
た。このとき、積層により上層のヴィア配線２４露出部
と対向することになる下層の平面配線２２の上に、はん
だ２８を付着させ後、上層を積層することで、はんだ２
８を、下層の配線２２，２７と上層のヴィア配線２４と
の接続点に挾み込んだ。なお、はんだは、配線２２の接
続箇所を、スズ９７％と銀３％からなる厚さ５μｍのは
んだシートで覆ったのち、該接続箇所を加熱することに
より、はんだを溶融させて付着させた。

【００６３】このようにして積層したセラミック基板２
６および薄膜配線シート２０を、真空チャンバ内のホッ
トプレート上に薄膜側を上にして載せ、チャンバ内を１
００００分の１気圧に減圧しつつ、平板を用いて、最上
層用薄膜配線シート２０ｄの上から積層体に下向きの圧
力をかけながら、ホットプレートの温度を室温から毎分
２℃ずつ上昇させ、２１０℃で６０分保持したのち、さ
らに２６０℃まで昇温した後降温して、各層２０ａ〜
ｄ，２６の積層体を得た。

【００６４】最後に、積層体をチャンバから取りだし、
厚膜基板２６の薄膜配線シート２０を積層していない側
に、信号入出力用のピン３０をはんだ２９を介して接続
し、図３に示すマルチチップモジュール用の厚膜・薄膜
複合多層配線基板を完成させた。得られた厚膜・薄膜複
合多層配線基板では、圧着により、平面配線２１の間隙
に上層の絶縁膜２２材料が充填されており、この平面配
線２１と、充填された上層の絶縁膜２２の一部とによっ
て平面配線層１００が形成されている。なお、ここで
は、表面電極２５の側を上とし、セラミック配線基板の
側を下とする。また、ヴィア配線２４と、絶縁膜２１の
一部とにより、ヴィア配線層１１０が形成されており、
このヴィア配線層１１０と、平面配線層１００とが交互
に積層された形になっている。ヴィア配線２４の一端
は、上層の平面配線２２，２５と直接接合しており、他
端は、下層の平面配線２２，２７と、はんだ２８を介し
て接続されている。

【００６５】完成した多層配線基板は、導通検査の結
果、問題は無く、すべての電気的接続が良好になされて
いることがわかった。

【００６６】＜実施例２＞層間接合用はんだ材料２８と
して、スズと銀との合金（金８０％、スズ２０％）を用
い、アルミナ系セラミック基板２６上に薄膜配線シート
２０を積層した後の加熱工程の加熱条件を、２１０℃で
６０分保持し、次いで２６０℃まで昇温とする代わり
に、２１０℃で６０分保持し、次いで３２０℃まで昇温
することとした以外は、実施例１と同様にして、マルチ
チップモジュール用の厚膜・薄膜複合多層配線基板を完
成させた。この実施例においても、完成した多層配線回
路基板は、実施例１と同様に、導通検査において問題が
無く、すべての電気的接続が良好になされていることが
わかった。

【００６７】＜実施例３＞本実施例では、絶縁膜１１と
して、実施例１で用いた単層の膜２１を用いる代わり
に、図４に示す３層の膜３１を用いた他は、実施例１と
同様にして、マルチチップモジュールに用いる厚膜・薄
膜複合多層配線基板を作製した。本実施例は、実施例１
における薄膜配線シート作製工程の（１）の代わりに、
図４に示す複合フィルム３３を作製し、薄膜配線シート
作製工程の（２）においてこの複合フィルム３３を出発
材料として用いた点のみが実施例１と異なっている。そ
こで、ここでは、複合フィルム３３の作製方法のみ説明
する。

【００６８】まず、下記構造式（化１０）により表わさ
れる酸二無水物

【００６９】

【化１０】

【００７０】と、下記構造式（化１１）、（化１２）、
または（化９）により表わされる３種類のジアミンの混
合物（モル比は、（化１１）：（化１２）：（化９）＝
７０：２０：１０である）

【００７１】

【化１１】

【００７２】

【化１２】

【００７３】

【化９】

【００７４】とを溶媒（Ｎ−メチルピロリドン）中で重
合させることにより得られるポリイミド前駆体ワニス
（固形分濃度１５ｗ／ｗ％）を、平坦な支持基材表面に
塗布し、加熱硬化して、厚さ２０μｍの第２の絶縁層３
１２を形成した。得られた第２の絶縁層３１２は、表３
に材料番号２として示した構造を有するポリイミドから
なる。このポリイミドの熱膨張係数は、８ｐｐｍであ
る。

【００７５】つぎに、得られたポリイミド膜３１２表面
をアッシングしたのち、該表面に、実施例１で用いたも
のと同じポリエーテルイミド前駆体ワニスを塗布し、加
熱硬化し、厚さ１５μｍの第３の絶縁層１１３を形成し
た。得られた第３の絶縁層３１３は、表３に材料番号２
として示した構造を有するポリエーテルイミドからな
る。

【００７６】つぎに、得られた第２層および第３層の積
層体を支持基材から剥離したのち、露出した第２層表面
をアッシングし、該表面に、第１の絶縁層３１１の形成
に用いたものと同じポリエーテルイミド前駆体ワニスを
塗布して、加熱硬化させ、厚さ５μｍの第３の絶縁層３
１３を形成した。これにより、厚さ５μｍのポリエーテ
ルイミド層３１３、厚さ２０μｍの低熱膨張性ポリイミ
ド層３１２、および、厚さ１５μｍのポリエーテルイミ
ド層３１１が、この順で積層された３層構造の絶縁膜３
１（厚さ４０μｍ）が得られた。

【００７７】最後に、第１の絶縁層３１１表面に、スパ
ッタリングにより厚さ１μｍの銅膜を形成後、電気めっ
きにより銅膜２２ａの厚さを５μｍにした。これによ
り、３層の絶縁層３１１〜３１２と、厚さ５μｍの導体
層２２ａとからなる複合フィルム３３が得られた。

【００７８】この実施例においても、実施例１と同様
に、得られた厚膜・薄膜複合多層配線基板は、すべての
電気的接続が良好であった。

【００７９】さらに、本実施例において得られた厚膜・
薄膜複合多層配線基板の表面電極２５に半導体チップの
電極をはんだ付けしたところ、薄膜配線シート２０と厚
膜基板２６との剥離はまったく見られず、良好な接続が
得られた。なお、積層体中の薄膜部分の厚さは、厚さ４
０μｍの薄膜配線シート４枚分で、１６０μｍである。

【００８０】＜実施例４＞本実施例では、図５に示すよ
うに、つぎのＡ〜Ｃの工程により、高密度多層配線構造
体を作製した。

【００８１】Ａ．薄膜配線シートの作製 つぎの（１）〜（３）の工程を繰り返すことにより、銅
配線２２およびヴィア配線２４を備える薄膜配線シート
２０を３枚作製した。

【００８２】（１）まず、実施例１の薄膜配線シート形
成工程（１）〜（２）と同様にして、厚さ４０μｍのポ
リエーテルイミドからなる絶縁層２１と、厚さ５μｍの
銅膜２２ａとからなる複合フィルム２２ｂ（図５
（ａ））を形成し、銅膜２２ａをパターン化して、配線
２２を得た（図５（ｂ））。なお、配線幅は２０μｍ、
配線２２間の最近接距離は３０μｍ、配線ピッチは５０
μｍとした。

【００８３】（２）つぎに、エキシマレーザを用いて、
絶縁膜２１の所望の部分に、配線２２が形成されていな
い側から、内径（直径）３０μｍの絶縁膜２１を貫通し
て平面配線２２に達する穴（すなわち深さ４０μｍの
穴）をあけ、さらに、この穴と中心軸を同じにして、内
径（直径）４０μｍ、深さ１０μｍの穴をあけた。これ
により、図９に示すように、内径（直径）３０μｍ、深
さ３０μｍのヴィアホール４３と、内径（直径）４０μ
ｍ、深さ１０μｍの接続用凹部４１とが形成された（図
５（ｃ））。

【００８４】なお、内径（直径）４０μｍ、深さ１０μ
ｍの穴を先にあけたのち、内径（直径）３０μｍの絶縁
膜２１を貫通して平面配線２２に達する穴をあけるよう
にしてもよい。また穴あけには、選択性エッチングなど
の手法を用いてもよい。

【００８５】（３）最後に、ヴィアホール４３内に無電
解めっき法にて銅を充填し、ヴィア配線４４を形成した
（図５（ｄ））。これにより、接続用凹部４１、平面配
線２２およびヴィア配線４４を備える薄膜配線シート４
０（第１層用薄膜配線シート４０ａ、第２層用薄膜配線
シート４０ｂ、および第３層用薄膜配線シート４０ｃ）
が得られた。

【００８６】Ｂ．表面電極の作製 銅箔２２ａの代わりにニッケル箔を用い、上述の（１）
〜（３）と同様にして薄膜配線シートを作製した。これ
により、銅配線２２の代わりにニッケルの表面電極２５
を備える最上層用薄膜配線シート４０ｄが得られた。

【００８７】Ｃ．積層 つぎに、図５（ｅ）に示すように、タングステン配線２
７を有するアルミナ系セラミック基板２６上に、第１層
用薄膜配線シート４０ａ、第２層用薄膜配線シート４０
ｂ、第３層用薄膜配線シート４０ｃ、最上層用薄膜配線
シート４０ｄの順で積層した。このとき、積層により上
層の接続用凹部４１と対向することになる下層の配線２
２の上にはんだボール４８（直径３０μｍ）を置いた
後、上層を積層することで、スズ９７％と銀３％からな
るはんだボール４８を、下層の配線２２，２７と上層の
ヴィア配線４４との接続点に挾み込んだ。

【００８８】このようにして積層したセラミック基板２
６および薄膜配線シート４０を、真空チャンバ内のホッ
トプレート上に薄膜側を上にして載せ、チャンバ内を１
００００分の１気圧に減圧しつつ、平板を用いて、最上
層用薄膜配線シート４０ｄの上から積層体に下向きの圧
力をかけながら、ホットプレートの温度を２１０℃とし
て６０分保持し、さらに２６０℃まで昇温した後、降温
して、各層２０ａ〜ｄ，２６を圧着した。

【００８９】最後に、実施例１と同様にして厚膜配線２
７に信号入出力用のピン３０をはんだ２９を介して接続
し、図６に示す、はんだの充填された接続用凹部４９を
備えるマルチチップモジュール用の厚膜・薄膜複合多層
配線基板を完成させた。

【００９０】完成した多層配線回路基板は、実施例１と
同様に、すべての電気的接続が良好になされていた。

【００９１】＜実施例５＞実施例１における絶縁層２１
の材料として、表１に材料番号３として示したポリエー
テルスルフォンを用いること以外は、実施例１と同様に
して、図３に示すものと同様の厚膜・薄膜複合多層配線
基板を完成させた。なお、本実施例５と実施例１とは、
薄膜配線シートの製造工程（１）のみが異なっている。
そこで、ここでは、この工程、すなわち、複合シート１
９の作製工程のみを説明する。

【００９２】まず、表１に材料番号３として示した構造
を有するポリエーテルスルフォンのペレットを用意し、
これを加熱溶融し、混練した。次いで、膜厚が１０μｍ
で片面が粗化された電解銅箔を用意し、この粗化面に、
予め溶融混練したポリエーテルスルフォンを塗布し、成
膜した。これにより、ポリエーテルスルフォンと銅との
複合シート２２ｂが得られた。

【００９３】得られた複合シート２２ｂを出発材料とし
て、実施例１と同様にして作製された厚膜・薄膜複合多
層配線基板は、実施例１と同様に、導通検査において問
題は無く、良好な基板であった。

【００９４】＜実施例６＞ポリエーテルスルフォンのペ
レットとして、表１に材料番号４として示した構造を有
するポリエーテルスルフォンのペレットを用いる他は、
実施例５と同様にして厚膜・薄膜複合多層配線基板を作
製した。得られた多層配線基板は、実施例５と同様に良
好であった。

【００９５】＜実施例７＞ポリエーテルスルフォンのペ
レットの代わりに、表１に材料番号５として示した構造
を有するポリアミドのペレットを用い、積層時の加熱条
件を、２９０℃において６０分保持したのち３４０℃ま
で昇温してから降温するとし、層間接続用はんだ２８の
組成を鉛９５％およびスズ５％とた他は、実施例５と同
様にして厚膜・薄膜複合多層配線基板を作製した。得ら
れた多層配線基板は、実施例５と同様に良好であった。

【００９６】＜実施例８＞ポリエーテルスルフォンのペ
レットの代わりに、表１に材料番号６として示した構造
を有するポリアミドイミドのペレットを用いる他は、実
施例７と同様にして厚膜・薄膜複合多層配線基板を作製
した。得られた多層配線基板は、実施例７と同様に良好
であった。

【００９７】＜実施例９＞絶縁膜２１として、表１に材
料番号７として示したポリイミドからなる熱溶融が可能
なポリイミドを用い、層間接続用はんだ２８の組成を鉛
９５％およびスズ５％とし、積層処理における加熱条件
を２９０℃で６０分間保持したのち３４０℃まで昇温し
てから降温するとした他は、実施例１と同様にして厚膜
・薄膜複合多層配線基板を作製した。得られた多層配線
基板は、実施例５と同様に良好であった。

【００９８】なお、本実施例では、複合フィルム２２ｂ
は、下記構造式（化１４）により表わされる酸二無水物

【００９９】

【化１４】

【０１００】と、下記構造式（化１５）

【０１０１】

【化１５】

【０１０２】とを溶媒（Ｎ−メチルピロリドン）中で重
合させることにより得られるポリイミド前駆体ワニス
（固形分濃度１５ｗ／ｗ％）を、厚さ１０μｍの銅箔２
２ａ表面に塗布し、加熱硬化させることにより作製し
た。

【０１０３】＜比較例１＞層間接合のためのはんだ材料
として、スズと鉛とからなりスズが過剰であって接合温
度が１８３℃であるはんだ材料を用い、積層時の加熱条
件を、１８３℃で６０分保持したのち、さらに昇温して
２５０℃として６０分保持することとした以外は、実施
例９と同様にしてマルチチップモジュールに用いる厚膜
・薄膜多層配線基板を製造した。なお、本比較例および
実施例９で用いたポリイミドの軟化温度は、２５０℃で
ある。

【０１０４】得られた厚膜・薄膜複合多層配線基板は、
導通検査において多数の不良が確認され、配線２２の短
絡が多発していることが確認された。

【０１０５】＜比較例２＞絶縁膜２１の材料として、熱
により軟化する高分子材料の代わりに、表１に材料番号
８として示されている熱可塑性のないポリイミドを用い
た以外は、実施例１と同様にしてマルチチップモジュー
ルに用いる厚膜・薄膜多層配線基板を製造した。なお、
本比較例で絶縁膜２１の形成に用いたワニスは、下記構
造式（化１３）により表わされる酸二無水物

【０１０６】

【化１３】

【０１０７】と、下記構造式（化９）により表わされる
ジアミン

【０１０８】

【化９】

【０１０９】とを溶媒（Ｎ−メチルピロリドン）中で重
合させることにより得られるポリイミド前駆体ワニス
（固形分濃度２０ｗ／ｗ％）であり、これを実施例１と
同様に、厚さ１０μｍの銅箔２２ａ表面に塗布後、加熱
硬化して、厚さ３５μｍの絶縁膜２１を形成することに
より、出発材料である複合フィルム２２ｂを作製した。
得られた絶縁膜２１は、表１に材料番号８として示した
構造を有するポリイミドからなる。

【０１１０】得られた厚膜・薄膜複合多層配線基板は、
導通検査において多数の不良が確認され、配線２２の短
絡が多発していることが確認された。

【０１１１】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、接続信
頼性の高い多層配線基板が得られる。従って、本発明に
よれば、高アスペクト比の配線を接続信頼性が高くかつ
一括積層接着接続にて形成されるため、マルチチップモ
ジュール等に用いる高密度な多層配線基板を、高信頼性
かつ低コストで提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による薄膜配線シートの製造プロセス
例を示す説明図である。

【図２】 実施例１の多層配線基板の製造プロセスを示
す説明図である。

【図３】 実施例１により作製された多層配線基板の断
面の模式図である。

【図４】 実施例３において用いられた絶縁フィルムの
断面の模式図である。

【図５】 実施例４の多層配線回路基板の製造プロセス
を示す説明図である。

【図６】 実施例４において作製された多層配線基板の
断面の模式図である。

【図７】 本発明による３層構造の絶縁膜の断面の模式
図である。

【図８】 ヴィアホールと接続用凹部とのサイズを示す
断面図である。

【図９】 実施例４におけるヴィアホールと接続用凹部
とのサイズを示す断面図である。

【図１０】 平面配線を絶縁膜に埋込み、接続用凹部と
して溝を形成する場合の、薄膜配線シートの製造プロセ
スの一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１１…絶縁膜、１２…平面配線、１２ａ…導体膜、１３
…ローラ、１４…平板、１５…ヴィアホール、１６…ヴ
ィア配線、１７…ヴィアホール、１７ａ…接続用凹部、
１８…ヴィア配線、１９…導体膜と絶縁膜との複合フィ
ルム、１１１，１１３…熱により軟化し接着が可能とな
る絶縁層、１１２…低熱膨張性材料の層、２０，２０ａ
〜ｄ…薄膜配線シート、２１…ポリエーテルイミド絶縁
膜、２２…銅の平面配線、２２ａ…銅箔、２２ｂ…導体
膜と絶縁膜との複合フィルム、２３…ヴィアホール、２
４…ヴィア配線、２５…ニッケル表面電極、２６…アル
ミナ系セラミック基板、２７…タングステン配線、２８
…はんだ片、２９…はんだ、３０…ピン、３１１…第１
の絶縁層、３１２…第２の絶縁層、３１３…第３の絶縁
層、４０，４０ａ〜ｄ…接続用凹部を備える薄膜配線シ
ート、４１…接続用凹部、４３…ヴィアホール、４４…
ヴィア配線、４８…はんだボール、４９…はんだの充填
された接続用凹部、９０…溝状の接続用凹部を備える薄
膜配線シート、９１…溝状の接続用凹部、１００…平面
配線層、１１０…ヴィア配線層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｇ 73/10 ＮＴＦ Ｃ０８Ｇ 73/10 ＮＴＦ Ｃ０８Ｌ 71/10 ＬＱＫ Ｃ０８Ｌ 71/10 ＬＱＫ 81/06 ＬＲＦ 81/06 ＬＲＦ

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の平面配線層と、複数のヴィア配線層
   とを有する薄膜積層体を備える多層配線基板において、 上記平面配線層は、加熱により接着性が発現する絶縁材
   料からなる絶縁膜と、導体からなる平面配線とを備え、 上記ヴィア配線層は、導体からなるヴィア配線と、絶縁
   材料からなる絶縁膜とを備え、 上記ヴィア配線の少なくとも一部は、 少なくとも一端が、上記平面配線に、導電性接合材料を
   介して導通可能に接続され、 上記膜絶縁材料の接着性の発現する温度は、上記導電性
   接合材料の接合温度より低いことを特徴とする多層配線
   基板。
2. 【請求項２】導体からなる平面配線およびヴィア配線
   と、少なくとも一部が、加熱により接着性が発現する絶
   縁材料からなる絶縁膜とを、それぞれ備える、積層され
   接着された複数の薄膜配線シートからなる薄膜積層体を
   備え、 上記ヴィア配線の少なくとも一部は、 少なくとも一端が、上記平面配線に、導電性接合材料を
   介して導通可能に接続され、 上記膜絶縁材料の接着性の発現する温度は、上記導電性
   接合材料の接合温度より低いことを特徴とする多層配線
   基板。
3. 【請求項３】請求項２において、 上記絶縁膜は、第１層〜第３層の３層構造の積層膜であ
   り、 上記第１層および第３層は、それぞれ、加熱により接着
   性の発現する絶縁材料からなり、 上記第２層は、熱膨張係数が２０ｐｐｍ／℃以下の低熱
   膨張性絶縁材料からなり、 上記第１層および第３層の膜絶縁材料の接着性が発現す
   る温度は、それぞれ、上記導電性接合材料の接合温度よ
   り低いことを特徴とする多層配線基板。
4. 【請求項４】請求項１または２において、 上記加熱により接着性の発現する絶縁材料は、熱可塑性
   高分子であることを特徴とする多層配線基板。
5. 【請求項５】請求項１または２において、 上記加熱により接着性の発現する絶縁材料は、 ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリサルフォ
   ン、およびポリエーテルサルフォンから選ばれる少なく
   とも１種の高分子であることを特徴とする多層配線基
   板。
6. 【請求項６】請求項５において、 上記熱可塑性高分子は、 下記構造式群（化１）〜（化６）に示されている繰返し
   単位の何れかを有することを特徴とする多層配線基板。 【化１】 【化２】 【化３】 【化４】 【化５】 【化６】
7. 【請求項７】請求項１または２において、 上記導電性接合材料は、 金と錫との合金、金とゲルマニウムとの合金、鉛と錫と
   の合金、および、銀と錫との合金から選ばれる少なくと
   も１種のはんだであることを特徴とする多層配線基板。
8. 【請求項８】請求項３において、 上記低熱膨張性絶縁材料は、低熱膨張性ポリイミドであ
   ることを特徴とする薄膜配線シート。
9. 【請求項９】請求項８において、 上記低熱膨張性高分子は、下記（化７）に示すポリイミ
   ドであることを特徴とする薄膜配線シート。 【化７】
10. 【請求項１０】請求項１または２において、 配線を備えるセラミック基板をさらに備え、 上記薄膜積層体は、上記セラミック基板表面に接続され
    ており、 上記薄膜積層体の、上記セラミック基板表面に接する薄
    膜配線シートの配線の少なくとも一部は、上記セラミッ
    ク基板の配線に導通可能に接続していることを特徴とす
    る多層配線基板。
11. 【請求項１１】請求項１または２において、 上記薄膜配線シートの配線は、 上記絶縁膜の表裏のうち少なくとも一方の面に形成され
    た平面配線と、 一端が上記絶縁膜の他方の面に露出し、他端が、該絶縁
    膜に形成された上記平面配線に導通可能に接続している
    ヴィア配線とを含むことを特徴とする多層配線基板。
12. 【請求項１２】請求項１１において、 上記絶縁膜は、 上記ヴィア配線の上記露出している端部の周囲を囲む凹
    部があることを特徴とする多層配線基板。
13. 【請求項１３】請求項１２において、 上記凹部は、溝状であることを特徴とする多層配線基
    板。
14. 【請求項１４】請求項１２において、 上記ヴィア配線の上記露出している端部は、上記凹部の
    底面に露出していることを特徴とする多層配線基板。
15. 【請求項１５】請求項１４において、 上記凹部の開口部と並行な任意の断面の面積が、開口部
    の面積以下であることを特徴とする薄膜配線シート。
16. 【請求項１６】導体からなる配線と、少なくとも一部
    が、加熱により接着性の発現する絶縁材料からなる絶縁
    膜とを備える薄膜配線シートを作製する薄膜配線シート
    作製工程と、 上記配線の少なくとも一部が、該配線を備える薄膜配線
    シートに接して積層された他の上記薄膜配線シートの備
    える配線と、導電性接合材料を介して接続する位置にな
    るようにして、上記導電性接合材料を配置しながら、上
    記薄膜配線シート作製工程において作製された薄膜配線
    シートを複数枚積層する積層工程と、 上記積層した薄膜配線シートを加熱圧着する接着工程と
    を備え、 上記膜絶縁材料の接着性の発現する温度は、上記導電性
    接合材料の接合温度より低いことを特徴とする多層配線
    基板の製造方法。
17. 【請求項１７】請求項１６において、 上記薄膜配線シートの配線は、 上記絶縁膜の表裏のうち少なくとも一方の面に形成され
    た平面配線と、 一端が上記絶縁膜の他方の面に露出し、他の端が、該絶
    縁膜に形成された上記平面配線に導通可能に接続してい
    るヴィア配線とを含み、 上記薄膜配線シート作製工程は、 上記絶縁膜の表裏の面のうち少なくとも一方の面に平面
    配線を形成する平面配線形成工程と、 上記絶縁膜の他方の面に、上記平面配線に達するヴィア
    ホールをあけ、該ヴィアホールに導体を充填してヴィア
    配線を形成するヴィア配線形成工程とを備え、 上記積層工程は、 上記ヴィア配線の少なくとも一部が、該配線を備える薄
    膜配線シートに接して積層された他の上記薄膜配線シー
    トの備える平面配線と、導電性接合材料を介して接続す
    る位置になるようにして、上記導電性接合材料を配置し
    ながら、上記薄膜配線シート作製工程において作製され
    た薄膜配線シートを複数枚積層する工程であることを特
    徴とする多層配線基板の製造方法。
18. 【請求項１８】請求項１６において、 上記薄膜配線シート作製工程は、 上記平面配線形成工程により形成された上記平面配線を
    押圧して、少なくとも部分的に上記絶縁膜に埋め込む埋
    め込み工程を、さらにを備えることを特徴とする多層配
    線基板の製造方法。
19. 【請求項１９】請求項１６において、 上記積層工程は、 配線を備えるセラミック基板上に上記薄膜シートを積層
    する工程を有することを特徴とする多層配線基板の製造
    方法。
20. 【請求項２０】請求項１６において、 上記接着工程は、１０００分の１気圧以下で行われるこ
    とを特徴とする多層配線基板の製造方法。
21. 【請求項２１】請求項１６において、 上記ヴィア配線形成工程は、 上記絶縁膜のヴィアホールを形成する面に、凹部を形成
    する接続用凹部形成工程と上記凹部の底部に上記平面配
    線に達するヴィアホールをあける工程と、 上記ヴィアホールに導体を充填してヴィア配線を形成す
    る工程とを備えることを特徴とする多層配線基板の製造
    方法。
22. 【請求項２２】請求項１６において、 上記ヴィアホール形成工程は、 上記ヴィアホールの周囲に凹部を形成する接続用凹部形
    成工程をさらに備えることを特徴とする多層配線基板の
    製造方法。
23. 【請求項２３】請求項２１または２２において、 上記接続用凹部形成工程は、 上記ヴィアホールを囲む溝を形成する工程を有すること
    を特徴とする多層配線基板の製造方法。
24. 【請求項２４】請求項１６において、 上記接着工程は、 上記加熱により接着性の発現する絶縁材料の接着性の発
    現する温度以上で、上記導電性接合材料の接合温度未満
    の温度で加熱する工程と、 上記接合温度以上の温度で加熱する工程とを、この順で
    備えることを特徴とする多層配線基板の製造方法。