| 【発明の名称】 |
多層配線基板 |
| 【発明者】 |
【氏名】多田 公則
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| 【要約】 |
【課題】電子部品の電極を所定の薄膜配線導体層に強固に電気的接続できない。
【解決手段】基板１上に、有機樹脂絶縁層２と薄膜配線導体層３とを交互に多層に積層するとともに上下に位置する薄膜配線導体層３を有機樹脂絶縁層２に設けたスルーホール導体９を介して電気的に接続してなり、最上層の有機樹脂絶縁層２上面に、前記薄膜配線導体層３と電気的に接続し、外部の電子部品Ａが接続されるボンディングパッド１０を設けてなる多層配線基板であって、前記最上層に位置する有機樹脂絶縁層２ａの表面粗さが最大粗さ（Ｒmax)でＲmax ≦５μｍである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】基板上に、有機樹脂絶縁層と薄膜配線導体層とを交互に多層に積層するとともに上下に位置する薄膜配線導体層を有機樹脂絶縁層に設けたスルーホール導体を介して電気的に接続してなり、最上層の有機樹脂絶縁層上面に、前記薄膜配線導体層と電気的に接続し、外部の電子部品が接続されるボンディングパッドを設けてなる多層配線基板であって、前記最上層に位置する有機樹脂絶縁層上面の表面粗さが最大粗さ（Ｒmax)でＲmax ≦５μｍであることを特徴とする多層配線基板。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多層配線基板に関し、より詳細には混成集積回路装置や半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージ等に使用される多層配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、混成集積回路装置や半導体素子収納用パッケージ等に使用される多層配線基板はその配線導体がＭｏ−Ｍｎ法等の厚膜形成技術によって形成されている。
【０００３】このＭｏ−Ｍｎ法は通常、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合し、ペースト状となした金属ペーストを生セラミック体の外表面にスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布し、次にこれを複数枚積層するとともに還元雰囲気中で焼成し、高融点金属粉末と生セラミツク体とを焼結一体化させる方法である。
【０００４】なお、前記配線導体が形成されるセラミック体としては通常、酸化アルミニウム質焼結体やムライト質焼結体等の酸化物系セラミックス、或いは表面に酸化物膜を被着させた窒化アルミニウム質焼結体や炭化珪素質焼結体等の非酸化物系セラミックスが使用される。
【０００５】しかしながら、このＭｏ−Ｍｎ法を用いて配線導体を形成した場合、配線導体は金属ペーストをスクリーン印刷することにより形成されることから微細化が困難で、配線導体を高密度に形成することができないという欠点を有していた。
【０００６】そこで、上記欠点を解消するために配線導体を従来周知の厚膜形成技術により形成するのに変えて微細化が可能な薄膜形成技術を用いて高密度に形成した多層配線基板が使用されるようになってきた。
【０００７】かかる配線導体を薄膜形成技術により形成した多層配線基板は、酸化アルミニウム質焼結体から成るセラミックスやガラス繊維を織り込んだガラス布にエポキシ樹脂を含浸させて形成されるガラスエポキシ樹脂等から成る基板の上面にスピンコート法及び熱硬化処理によって形成されるエポキシ樹脂等の有機樹脂から成る絶縁層と、銅やアルミニウム等の金属を無電解めっき法や蒸着法等の薄膜形成技術及びフォトリソグラフィー技術を採用することによって形成される薄膜配線導体層とを交互に多層に積層させるとともに、上下に位置する薄膜配線導体層を有機樹脂絶縁層に設けたスルーホール導体を介して電気的に接続させた構造を有しており、最上層の有機樹脂絶縁層上面に前記薄膜配線導体層と電気的に接続するボンディングパッドを形成しておき、該ボンディングパッドに半導体素子等の能動部品や容量素子、抵抗器等の受動部品の電極を熱圧着等により接続させるようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この有機樹脂絶縁層と薄膜配線導体層とを交互に多層に積層してなる多層配線基板は、各薄膜配線導体層の厚みによる段差及び各有機樹脂絶縁層に設けたスルーホールに起因して最上層の有機樹脂絶縁層上面に多数の凹凸が形成され、最上層の有機樹脂絶縁層上面の表面粗さが最大粗さ（Ｒmax)でＲmax＞１０μｍとなっている。そのため最上層の有機樹脂絶縁層上に設けたボンディングパッドもその面の平坦性が損なわれ、ボンディングパッドに電子部品の電極を強固に接続することができず、電子部品の薄膜配線導体層への電気的接続の信頼性が低いものとなる欠点を誘発した。
【０００９】本発明は上述の欠点に鑑み案出されたもので、その目的は最上層の有機樹脂絶縁層上面を平滑とし、最上層の有機樹脂絶縁層上に形成されているボンディングパッドの平坦性を良好としてボンディングパッドに半導体素子や容量素子等の電子部品の電極を確実、強固に電気的接続することができる多層配線基板を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に、有機樹脂絶縁層と薄膜配線導体層とを交互に多層に積層するとともに上下に位置する薄膜配線導体層を有機樹脂絶縁層に設けたスルーホール導体を介して電気的に接続してなり、最上層の有機樹脂絶縁層上面に、前記薄膜配線導体層と電気的に接続し、外部の電子部品が接続されるボンディングパッドを設けてなる多層配線基板であって、前記最上層に位置する有機樹脂絶縁層上面の表面粗さが最大粗さ（Ｒmax)でＲmax ≦５μｍであることを特徴とするものである。
【００１１】本発明によれば、有機樹脂絶縁層と薄膜配線導体層とを交互に多層に積層してなる多層配線基板の最上層に位置する有機樹脂絶縁層上面を、例えば、ロールバフ研磨等によって研磨し、その表面の粗さを最大粗さ（Ｒmax)でＲmax ≦５μｍの平滑なものとしたことから最上層の有機樹脂絶縁層上に設けるボンディングパッドも平坦性が良好となり、その結果、ボンディングパッドに半導体素子や容量素子等の電子部品の電極を強固に接続することが可能になるとともに電子部品の電極をボンディングパッドを介して所定の薄膜配線導体層に確実に電気的接続することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の多層配線基板の一実施例を示し、１は絶縁性の基板、２は有機樹脂絶縁層、３は薄膜配線導体層である。
【００１３】前記基板１はその上面に有機樹脂絶縁層２と薄膜配線導体層３とから成る多層配線部４が配設されており、該多層配線部４を支持する支持部材として作用する。
【００１４】前記基板１は酸化アルミニウム質焼結体やムライト質焼結体等の酸化物系セラミックス、或いは表面に酸化物膜を有する窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体等の非酸化物系セラミックス、更にはガラス繊維を織り込んだ布にエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ樹脂等の電気絶縁材料で形成されており、例えば、酸化アルミニウム質焼結体で形成されている場合には、アルミナ、シリカ、カルシア、マグネシア等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカンダーロール法等を採用することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を形成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、所定形状となすとともに高温（約１６００℃）で焼成することによって、或いはアルミナ等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して原料粉末を調整するとともに該原料粉末をプレス成形機によって所定形状に成形し、最後に前記成形体を約１６００℃の温度で焼成することによって製作され、またガラスエポキシ樹脂から成る場合は、例えば、ガラス繊維を織り込んだ布にエポキシ樹脂の前駆体を含浸させるとともに該エポキシ樹脂前駆体を所定の温度で熱硬化させることによって製作される。
【００１５】また前記基板１には上下両面に貫通する孔径が例えば、直径３００μｍ〜５００μｍの貫通孔５が形成されており、該貫通孔５の内壁には基板１の上下両面に導出する導電層６が被着されている。
【００１６】前記貫通孔５は後述する基板１の上面に形成される多層配線部４の薄膜配線導体層３と外部電気回路とを電気的に接続する、或いは基板１の上下両面に多層配線部４を形成した場合には両面の多層配線部４の薄膜配線導体層３同士を電気的に接続する導電層６を形成するための形成孔として作用し、基板１にドリル孔あけ加工法を施すことによって基板１の所定位置に所定形状に形成される。
【００１７】更に前記貫通孔５の内壁及び基板１の上下両面には導電層６が被着形成されており、該導電層６は例えば、銅やニッケル等の金属材料からなり、従来周知のめっき法及びエッチング加工技術を採用することによって貫通孔５の内壁に両端を基板１の上下両面に導出させた状態で被着形成される。
【００１８】前記導電層６は基板１の上面に形成される多層配線部４の薄膜配線導体層３を外部電気回路に電気的に接続したり、基板１の上下両面に形成される各々の多層配線部４の薄膜配線導体層３同士を電気的に接続する作用をなす。
【００１９】また前記基板１に形成した貫通孔５はその内部にエポキシ樹脂等からなる有機樹脂充填体７が充填されており、該有機樹脂充填体７によって貫通孔５が完全に埋められ、同時に有機樹脂充填体７の両端面が基板１の上下両面に被着させた導電層６の面と同一平面となっている。
【００２０】前記有機樹脂充填体７は基板１の上面及び／又は下面に後述する有機樹脂絶縁層２と薄膜配線導体層３とから成る多層配線部４を形成する際、多層配線部４の有機樹脂絶縁層２と薄膜配線導体層３の平坦化を維持する作用をなす。
【００２１】なお、前記有機樹脂充填体７は基板１の貫通孔５内にエポキシ樹脂等の前駆体を充填し、しかる後、これに８０℃〜２００℃の温度を０．５〜３時間印如し、完全に熱硬化させることによって基板１の賞通孔５内に充填される。
【００２２】更に前記基板１はその上面に有機樹脂絶縁層２と薄膜配線導体層３とが交互に多層に積層された多層配線部４が形成されており、かつ薄膜配線導体層３の一部は導電層６と電気的に接続している。
【００２３】前記多層配線部４を構成する有機樹脂絶縁層２は上下に位置する薄膜配線導体層３の電気的絶縁を図る作用をなし、薄膜配線導体層３は電気信号を伝達するための伝達路として作用する。
【００２４】前記多層配線部４の有機樹脂絶縁層２はエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリフェニンエーテル樹脂、ふっ素樹脂等の感光性または熱硬化性の有機樹脂から成り、例えば感光性のエポキシ樹脂から成る場合には、フェノールノボラック樹脂、メチロールメラミン、ジアリルジアゾニウム塩にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを添加混合してペースト状の感光性エポキシ樹脂前駆体を得るととも該感光性エポキシ樹脂前駆体を基板１の上部にスピンコート法により被着させ、しかる後、これに高圧水銀ランプ等を用いた露光機で１０ｍＷ／ｃｍ2 〜３０ｍＷ／ｃｍ2 のエネルギーを１．５分〜４．５分程度照射させ、１〜３Ｊ／ｃｍ3 のエネルギーを与えることによって感光性エポキシ樹脂前駆体を光硬化させることによって形成され、また熱硬化性のエポキシ樹脂から成る場合には、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂等にアミン糸硬化剤、イミダゾール系硬化剤、酸無水物系硬化剤等の硬化剤を添加混合してペースト状のエポキシ樹脂前駆体を得るとともに該エポキシ樹脂前駆体を基板１の上部にスピンコート法により被着させ、しかる後、これを８０〜２００℃の熱で０．５〜３時間熱処理し、熱硬化させることによって形成される。
【００２５】また前記有機樹脂絶縁層２はその各々の所定位置に最小径が有機樹脂絶縁層２の厚みに対して約１．５倍程度のスルーホール８が形成されており、該スルーホール８は後述する有機樹脂絶縁層２を挟んで上下に位置する薄膜配線導体層３の各々を電気的に接続するスルーホール導体９を形成するための形成孔として作用する。
【００２６】前記有機樹脂絶縁層２に設けるスルーホール８は例えば、フォトリソグラフィー技術、具体的には有機樹脂絶縁層２上にレジスト材を塗布するとともにこれに露光、現像を施すことによって所定位置に所定形状の窓部を形成し、次に前記レジスト材の窓部にエッチング液を配し、レジスト材の窓部に位置する有機樹脂絶縁層２を除去して、有機樹脂絶縁層２に穴（スルーホール）を形成し、最後に前記レジスト材を有機樹脂絶縁層２上より剥離させ除去することによって行われる。
【００２７】更に前記各有機樹脂絶縁層２の上面には所定パターンの薄膜配線導体層３が、また各有機樹脂絶縁層２に設けたスルーホール８の内壁にはスルーホール導体９が各々配設されており、スルーホール導体９によって間に有機樹脂絶縁層２を挟んで上下に位置する各薄膜配線導体層３の各々が電気的に接続されるようになっている。
【００２８】前記各有機樹脂絶縁層２の上面及びスルーホール８内に配設される薄膜配線導体層３及びスルーホール導体９は銅、ニッケル、金、アルミニウム等の金属材料を無電解めっき法や蒸着法、スパッタリング法等の薄膜形成技術及びエッチング加工技術を採用することによって形成され、例えば、銅で形成されている場合には、有機樹脂絶縁層２の上面及びスルーホール８の内壁面に硫酸銅０．０６モル／リットル、ホルマリン０．３モル／リットル、酸化ナトリウム０．３５モル／リットル、エチレンジアミン四酢酸０．３５モル／リットルから成る無電解銅めっき浴を用いて厚さ１μｍ乃至４０μｍの銅層を被着させ、しかる後、前記銅層をエッチング加工技術を採用することにより所定パターンに加工することによって各有機樹脂絶縁層２間及び各有機樹脂絶縁層２のスルーホール８内壁に形成される。この場合、薄膜配線導体層３は薄膜形成技術により形成されることから配線の微細化が可能であり、これによって薄膜配線導体層３を極めて高密度に形成することが可能となる。
【００２９】なお、前記有機樹脂絶縁層２と薄膜配線導体層３とを交互に多層に積層して形成される多層配線部４は各有機樹脂絶縁層２の上面を中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．０５μｍ≦Ｒａ≦５μｍの粗面としておくと、有機樹脂絶縁層２上面と薄膜配線導体層３下面との接合を強固となすことができる。従って、前記多層配線部４の各有機樹脂絶縁層２はその上面をエッチング加工技術等によって粗し、中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．０５μｍ≦Ｒａ≦５μｍの粗面としておくことが好ましい。
【００３０】また前記有機樹脂絶縁層２はその各々の厚みが１００μｍを超えると有機樹脂絶縁層３にフォトリソグラフィー技術を採用することによってスルーホール８を形成する際、エッチングの加工時間が長くなって、スルーホール８を所望する鮮明な形状に形成するのが困難となり、また５μｍ未満となると有機樹脂絶縁層２の上面に薄膜配線導体層３との接合強度を上げるための粗面加工を施す際、有機樹脂絶縁層２に不要な穴が形成され、上下に位置する薄膜配線導体層３に不要な電気的短絡を招来してしまう危険性がある。従って、前記有機樹脂絶縁層２はその各々の厚みを５μｍ〜１００μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００３１】更に前記多層配線部４の各薄膜配線導体層３はその厚みが１μｍ未満であると各薄膜配線導体層３の電気抵抗が大きなものとなり、また４０μｍを超えると薄膜配線導体層３を有機樹脂絶縁層２に被着させる際に薄膜配線導体層３の内部に大きな応力が発生内在し、該大きな内在応力によって薄膜配線導体層３が有機樹脂絶縁層２か剥離し易いものとなる。従って、前記多層配線部４の各薄膜配線導体層３の厚みは１μｍ乃至４０μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００３２】前記有機樹脂絶縁層２と薄膜配線導体層３とを交互に多層に積層して形成される多層配線部４は更に、最上層の有機樹脂絶縁層２ａの上面に薄膜配線導体層３と電気的に接続しているボンディングパッド１０が形成されており、該ボンディングパッド１０は半導体素子や容量素子、抵抗器等の電子部品Ａの電極を薄膜配線導体層３に電気的に接続する作用をなす。
【００３３】前記ボンディングパッド１０は例えば、直径が２００〜５００μｍの円形状をなしており、該ボンディングパッド１０に薄膜配線導体層や容量素子、抵抗器等の電子部品Ａの電極を熱圧着で接続させたり、ボンディングワイヤを介して接続させれば薄膜配線導体層や容量素子等の電子部品Ａの電極は薄膜配線導体層３に電気的に接続されることとなる。
【００３４】なお、前記ボンディングパッド１０は薄膜配線導体層３と同じ金属材料、具体的には銅、ニッケル、金、アルミニウム等の金属材料から成り、最上層の有機樹脂絶縁層２上に薄膜配線導体層３を形成する際に同時に前記薄膜配線導体層３と電気的接続をもって形成される。
【００３５】更に前記有機樹脂絶縁層２と薄膜配線導体層３とを交互に多層に積層して形成される多層配線部４は、最上層の有機樹脂絶縁層２ａ上面における表面粗さが最大粗さ（Ｒmax)でＲmax ≦５μｍの平滑なものとなっており、これによって最上層の有機樹脂絶縁層２ａの上面に設けるボンディングパッド１０もその平坦性が良好となり、その結果、ボンディングパッド１０に半導体素子や容量素子等の電子部品Ａの電極を強固に接続することが可能になるとともに電子部品Ａの電極をボンディングパッド１０を介して所定の薄膜配線導体層３に確実に電気的接続することが可能となる。
【００３６】前記最上層の有機樹脂絶縁層２ａ上面における表面粗さは、最大粗さ（Ｒmax)がＲmax ＞５μｍとなると、最上層の有機樹脂絶縁層２ａ上面にボンディングパッド１０を形成した際、ボンディングパッド１０の平坦性が損なわれてボンディングパッド１０に容量素子、抵抗器等の電子部品Ａの電極を強固に接続することができなくなる。従って、前記最上層の有機樹脂絶縁層２ａ上面における表面粗さは最大粗さ（Ｒmax)がＲmax ≦５μｍの平滑なものに特定される。
【００３７】なお、前記最上層の有機樹脂絶縁層２ａ上面における表面粗さを、最大粗さ（Ｒmax)がＲmax ＞５μｍの平滑なものとなすには各薄膜配線導体層の厚みによる段差及び各有機樹脂絶縁層に設けたスルーホールに起因して上面に多数の凹凸が形成されている最上層の有機樹脂絶縁層２ａ上面に、例えばロールバフ研磨等の機械的研磨加工技術を採用することによって行われる。
【００３８】かくして本発明の多層配線基板によれば、最上層の有機樹脂絶縁層２上面に設けたボンデイングパッド１０に半導体素子や容量素子等の電子部品Ａの電極を熱圧着により接続、或いはボンディングワイヤを介して接続させ、電子部品Ａの電極をボンディングパッド１０を介して薄膜配線導体層３に電気的に接続させれば半導体装置や混成集積回路装置となり、薄膜配線導体層３を導電層６を介して外部電気回路に接続すると前記電子部品Ａは外部電気回路に接続されることとなる。
【００３９】なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例においては基板１の上面のみに有機樹脂絶縁層２と薄膜配線導体層３とから成る多層配線部４を設けたが、多層配線部４を基板１の下面側のみに設けても、上下の両面に設けてもよい。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、有機樹脂絶縁層と薄膜配線導体層とを交互に多層に積層してなる多層配線基板の最上層に位置する有機樹脂絶縁層表面を、例えば、ロールバフ研磨等によって研磨し、その表面の粗さを最大粗さ（Ｒmax)でＲmax ≦５μｍの平滑なものとしたことから最上層の有機樹脂絶縁層に設けるボンディングパッドも平坦性が良好となり、その結果、ボンディングパッドに半導体素子や容量素子等の電子部品の電極を強固に接続することが可能になるとともに電子部品の電極をボンディングパッドを介して所定の薄膜配線導体層に確実に電気的接続することが可能となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６６３３
【氏名又は名称】京セラ株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）６月１８日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−８４７０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１月１２日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−１６１２８５ |
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