(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース材上に複数の配線層と絶縁層とを積層した構造を有すると共に、前記絶縁層を貫通するよう前記配線層を積層した構造のビアを有する多層薄膜配線基板において、
前記ビアを構成する複数の配線層の内、少なくとも一層の配線層を前記ベース材の延在方向に延出するよう複数分岐させることにより分岐ビアを形成し、
かつ、前記分岐ビアを前記複数の配線層の内、前記ベース材側の位置にある配線層に接合した構成としたことを特徴とする多層薄膜配線基板。
【請求項２】
請求項１記載の多層薄膜配線基板において、
前記ビアの分岐位置を、前記配線層内の信号配線の配設位置より前記ベース材に近い位置に設定したことを特徴とする多層薄膜配線基板。
【請求項３】
請求項１または２記載の多層薄膜配線基板において、
前記ビアを、前記分岐ビアと共に前記ベース材側の位置にある配線層に接合した構成としたことを特徴とする多層薄膜配線基板。
【請求項４】
請求項３記載の多層薄膜配線基板において、
前記ビアの前記ベース材と異なる側の端部は、外部接続端子に接合された構成であることを特徴とする多層薄膜配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多層薄膜配線基板に係り、特に層間接合を行なうビア（ＶＩＡ）  を具備する多層薄膜配線基板に関する。
近年、いわゆるＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ−Ｃｈｉｐ−Ｍｏｄｕｌｅ）基板等の高密度な配線を可能とした多層薄膜配線基板が実用化され、コンピュータ等の電子機器に適用されている。この多層薄膜配線基板は、絶縁層と配線層を積層した構成とされている。
【０００２】
絶縁層は、通常ポリイミドが使用されており、スピンコートにより非常に薄い絶縁層が形成可能である。また、配線層もスパッタリングと高感度レジストを使用したエッチングにより形成することから、高密度パターンの形成が可能となっている。
この多層薄膜配線基板は、基板表面に実装されたＬＳＩ，入出力ピン等の電子部品の端子（信号，電源，グランド）をビアを介して各所望の層に接続し、これにより部品相互の配線，電源供給等を可能とした構造となっている。
【０００３】
ところで、近年では、ＬＳＩの高密度化による端子数の増大に伴い、半田バンプを用いてフリップチップ実装を行なう実装方式が普及している。更に、多層薄膜配線基板に搭載されるＬＳＩの発熱量は、年々増加の傾向にある。よって、端子数の増大に対応できると共に、放熱特性の良好な多層薄膜配線基板の実現が望まれている。
【０００４】
【従来の技術】
図３は、従来の多層薄膜配線基板２における層間接続ビア２０の形成位置を拡大して示す図である。
同図に示される多層薄膜配線基板２は、セラミック基材４，第１乃至第６配線層６〜１６，層間絶縁層１８，及び層間接続ビア２０等により構成されている。また、同図では、層間接続ビア２０の上部に半田バンプ２２が接合された例を示している。
【０００５】
第１乃至第６配線層６〜１６は、セラミック基材４上に層間絶縁層１８を介して順次積層形成されている。この配線層６〜１６の内、第１配線層６はグランド層，第２配線層８は電源層，第３乃至第５配線層１０〜１４は信号層，そして第６配線層１６は表面層とされている。この各配線層６〜１６は、層間絶縁層１８を介在させて積層されることにより、各配線間は絶縁が保たれている。
【０００６】
また、層間接続ビア２０の形成位置においては、層間絶縁層１８は配設されていない。このため、各配線層６〜１６は直接積層された構造となり、よって層間接続ビア２０により第１配線層６と第６配線層１６は電気的に接続された構成となる。
また、図３に示す例では、第６配線層１６の上部には半田バンプ２２が接続されている。この半田バンプ２２は、例えばＬＳＩ（図示せず）の外部接続端子として機能するものである。よって、半田バンプ２２は層間接続ビア２０を介して第１配線層１６と電気的に接続し、これによりＬＳＩと多層薄膜配線基板２は電気的に接続された状態となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記構成とされた多層薄膜配線基板２に設けられる層間接続ビア２０の機械的強度について考察する。層間接続ビア２０は、前記したように各配線層６〜１６が直接積層された構造とされている。特に、層間接続ビア２０の最下部近傍に注目すると、第１配線層６はセラミック基材４にいわゆるベタ層の状態で配設されており、その上部に所定の径寸法とされた第２乃至第５配線層８〜１５が積層された構成とされている。
【０００８】
この構成において、例えば実装時等において多層薄膜配線基板２に熱が印加されると、ＬＳＩとセラミック基材４との間に熱膨張差が発生する。この熱膨張差は、ＬＳＩとセラミック基材４との間に形成されている層間接続ビア２０に応力として印加される。
層間接続ビア２０は、図示されるように、層間絶縁層１８に支持された構造となっているが、層間絶縁層１８は例えばポリイミド等の可撓性を有する樹脂であるため、上記のように層間接続ビア２０に熱膨張差に起因した応力が印加されると、層間接続ビア２０は層間絶縁層１８の可撓変形を伴いセラミック基材４の面方向（矢印Ｘ方向）に変位する。
【０００９】
また、層間接続ビア２０を構成する最下部に位置する第１配線層６は硬質のセラミック基材４にベタ層の状態で形成されているためその機械的強度は強い。しかるに、層間接続ビア２０を構成する第２配線層８は、小径とされているため、上記した応力はこの第２配線層８が第１配線層６と接合している位置（即ち、図中矢印Ａで示す破線で囲む位置）に集中してしまう。このため、最悪の場合には第２配線層８が第１配線層６から剥離し断線してしまい、よって従来構成の多層薄膜配線基板２では十分な信頼性を得ることができないという問題点があった。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ビアの断線を防止することにより高い信頼性を実現しうる多層薄膜配線基板を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明では、次の手段を講じたことを特徴とするものである。
ベース材上に複数の配線層と絶縁層とを積層した構造を有すると共に、前記絶縁層を貫通するよう前記配線層を積層した構造のビアを有する薄膜多層配線基板において、
前記ビアを構成する複数の配線層の内、少なくとも一層の配線層を前記ベース材の延在方向に延出するよう複数分岐させることにより分岐ビアを形成し、
かつ、前記分岐ビアを前記複数の配線層の内、前記ベース材側の位置にある配線層に接合した構成としたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２記載の発明では、
前記請求項１記載の多層薄膜配線基板において、
前記ビアの分岐位置を、前記配線層内の信号配線の配設位置より前記ベース材に近い位置に設定したことを特徴とするものである。
また、請求項３記載の発明では、
前記請求項１または２記載の多層薄膜配線基板において、
前記ビアを、前記分岐ビアと共に前記ベース材側の位置にある配線層に接合した構成としたことを特徴とするものである。
【００１３】
更に、請求項４記載の発明では、
前記請求項３記載の多層薄膜配線基板において、
前記ビアの前記ベース材と異なる側の端部は、外部接続端子に接合された構成であることを特徴とするものである。
上記の各手段は、次のように作用する。
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、
ビアを構成する複数の配線層の内、少なくとも一層の配線層を前記ベース材の延在方向に延出するよう複数分岐させて分岐ビアを形成し、この分岐ビアをベース材側の位置にある配線層に接合したことにより、ビアに印加される応力は複数の分岐ビアに分散される。このため、個々のビア及び分岐ビアに印加される応力の大きさは低減され、よってビア及び分岐ビアに剥離が発生することを確実に防止することができる。
【００１５】
また、請求項２記載の発明によれば、
ビアの分岐位置を、配線層内の信号配線の配設位置よりベース材に近い位置に設定したことにより、分岐ビアが配線層の邪魔になることを防止でき、配線層の配置位置設定の自由度を向上させることができる。
また、請求項３記載の発明によれば、
ビアを分岐ビアと共にベース材側の位置にある配線層に接合したことにより、ビアと接合される被接合要素（例えば、半導体チップ）が発熱するものである場合、発生する熱を分岐ビアを介して放熱することができ、放熱効率の向上を図ることができる。
【００１６】
更に、請求項４記載の発明によれば、
ビアのベース材と異なる側の端部に外部接続端子を接合したため、半導体チップとベース材との熱膨張差による応力や、ベース材を実装基板に対して保持させるための応力に対して十分な強度を持たせることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
図１は、本発明の一実施例である多層薄膜配線基板３０の層間接続ビア５０の形成位置を拡大して示す図であり、図２は本実施例に係る多層薄膜配線基板３０を適用してなるマルチチップモジュール６０（ＭＣＭ）を示している。
【００１８】
先ず、図２を用いて多層薄膜配線基板３０の適用態様の一例について説明する。ＭＣＭ６０は、大略すると多層薄膜配線基板３０，半導体チップ６２，入出力ピン６４，及び冷却フィン６６等により構成されている。
多層薄膜配線基板３０は、後に詳述するように、セラミック基材３４（ベース材）上に第１乃至第６配線層３６〜４６を形成した構成とされている。この多層薄膜配線基板３０には、半田バンプ２２を介して複数の半導体チップ６２が接合されると共に、複数の入出力ピン６４が立設されている。
【００１９】
また、多層薄膜配線基板３０のセラミック基材３４の配設側には、冷却フィン６６が配設されている。冷却フィン６６は、熱伝導性の高い例えばアルミニウムにより形成されており、また空気との接触面積を増大させて放熱特性を良好とするために多数の凹凸を有した構成とされている。この冷却フィン６６は、例えば高熱伝導性接着剤を用いてセラミック基材３４に固定される。
【００２０】
上記構成とされたＭＣＭ６０において、多層薄膜配線基板３０は、入出力ピン６４と半導体チップ６２とを電気的に接続し、半導体チップ６２に対し外部との信号の授受及び電源の供給を行なう機能を奏するものである。また、多層薄膜配線基板３０は、多層セラミック基板や多層プリント配線基板に比べて薄型化を図ることができるため、多層薄膜配線基板３０を用いることによりＭＣＭ６０の小型化を図ることができる。
【００２１】
続いて、図１を用いて多層薄膜配線基板３０の構成について説明する。
多層薄膜配線基板３０は、セラミック基材３４，第１乃至第６配線層３６〜４６，層間絶縁層４８，層間接続ビア５０，及び複数の分岐ビア５４等により構成されている。
セラミック基材３４は薄い平板形状を有しており、第１乃至第６配線層３６〜４６及び層間絶縁層４８を形成する際のベース材として機能するものである。前記した放熱フィン６６は、セラミック基材３４の第１乃至第６配線層３６〜４６及び層間絶縁層４８の形成される面と反対側の面に配設される。
【００２２】
第１乃至第６配線層３６〜４６は例えば銅（Ｃｕ）により形成されており、セラミック基材３４上に層間絶縁層４８を介して順次積層形成される。層間絶縁層４８は絶縁性樹脂により形成されており、その材質としては、例えばポリイミド樹脂を適用することができる。この第１乃至第６配線層３６〜４６及び層間絶縁層４８は、周知のホトリソグラフィー技術を用いて形成することができる。
【００２３】
即ち、先ずセラミック基材３４上に銅膜を薄膜形成技術（例えば、スパッタリング等）を用いて形成し、次に形成された銅膜の上部にホトレジストをスピナー等により塗布する。続いて、このホトレジストに対し露光処理，現像処理等を実施することにより、銅膜を除去する位置に対応する位置のホトレジストを除去する。次にエッチング処理を行なうことにより不要な銅膜を除去し、続いてホトレジストを除去することにより、所定パターン形状の第１配線層３６を形成する。
【００２４】
次に、第１配線層３６が形成されたセラミック基材３４上に感光性のポリイミド樹脂を塗布し、所定位置に露光処理を行い続いて現像処理を行なうことにより、所望位置のみに層間絶縁層４８を形成する。その後、上記の処理を繰り返し実施することにより順次配線層３８〜４６及び層間絶縁層４８を形成し、これにより多層薄膜配線基板３０が形成される。
【００２５】
また本実施例では、上記の各配線層３６〜４６の内、第１配線層３６はグランド層，第２配線層３８は電源層，第３乃至第５配線層４０〜４４は信号層，そして第６配線層４６は表面層とされている。前記のように、各配線層３６〜４６は層間絶縁層４８を介在させて積層されてるため、層間絶縁層４８が形成されていない位置を除き、各配線層３６〜４６の間は絶縁が保たれている。
【００２６】
続いて、層間接続ビア５０について説明する。層間接続ビア５０は、半田バンプ２２が接続された第６配線４６と第１配線層３６とを電気的に接続するため、層間絶縁層４８を貫通して形成されている。
具体的には、層間接続ビア５０の形成位置においては、層間絶縁層４８は配設されていないため、よって図示されるように各配線層３６〜１６は直接積層された構造となり、よって層間接続ビア５０により第１配線層３６と第６配線層４６は層間接続され構成となる。
【００２７】
また、図２に示したように、第６配線層４６の上部には半田バンプ２２或いは入出力ピン６４が接続されている（図１では、半田バンプ２２が接続された例を図示している）。
前記したように、半田バンプ２２は半導体チップ６２の外部接続端子として機能するものであり、また入出力ピン６４はＭＣＭ６０を実装基板に実装する際の外部接続端子として機能するものである。よって、半導体チップ６２と入出力ピン６４とは、半田バンプ２２及び多層薄膜配線基板３０を介して電気的に接続された状態となる。
【００２８】
ここで、上記構成とされた層間接続ビア５０の第２配線層３８に注目する。本実施例では、第２配線層３８は複数の分岐ビア５４を一体的に形成しており、各分岐ビア５４はセラミック基材３４の延在方向（図中、矢印Ｘで示す方向）に延出するよう構成されている。
この分岐ビア５４は、上記延在方向に延出するアーム状の延出部５６と、この延出部５６の先端においてセラミック基材３４に向け突出する接合部５８とにより構成されている。また、接合部５８は、セラミック基材３４に最も近い位置にある配線層である第１の配線層３６に接合されている。
【００２９】
また、本実施例では、分岐ビア５４の層間接続ビア５０の中心位置から接合部５８までの離間距離Ｌ１は例えば約６０μｍとされており、また各接続部５８及び層間接続ビア５０の直径寸法は約２０μｍとされている。尚、この離間距離Ｌ１及び直径寸法Ｌ２は、上記の寸法に限定させるものではなく、層間接続ビア５０の長さ，層間絶縁層４８の可撓性，及び印加される応力の大きさ等により適宜選定することが可能である。
【００３０】
次に、分岐ビア５４の作用について説明する。
いま、多層薄膜配線基板３０に対して加熱処理（例えば実装時における加熱処理）が実施された場合を想定する。多層薄膜配線基板３０に熱が印加されると、半導体チップ６２とセラミック基材３４との間には熱膨張差が発生し、この熱膨張差は半導体チップ６２とセラミック基材３４との間に形成されている層間接続ビア５０に応力として印加される。
【００３１】
図３を用いて説明した、従来構成の多層薄膜配線基板２では、この熱膨張差に起因した応力が全て層間接続ビア２０に印加される構成であったため、特にセラミック基材４に近い位置Ａ、具体的には第１配線層３６と第２配線層３８との接合位置において剥離が発生してしまうことは前述した通りである。
しかるに、本実施例に係る多層薄膜配線基板３０は、層間接続ビア５０を構成する第２配線層３８に複数の分岐ビア５４を一体的に形成しており、かつ分岐ビア５４を構成する接合部５８は第１配線層３６に接合された構成となっている。これにより、第２の配線層３８は、層間接続ビア５０と同軸的な位置に形成された接合部３８ａと、延出部５６の先端部に形成されている複数の接合部５８により、複数の位置で第１配線層３６と接合された構成となっている。即ち、層間接続ビア５０は複数箇所において支持された構成となっている。
【００３２】
このため、上記のように層間接続ビア５０に応力が印加されても、この応力は接合部３８ａ及び各接合部５８に分散して印加されることとなり、よって個々の接合部３８ａ，５８に印加される応力の大きさは低減される。これにより、各接合部３８ａ，５８がセラミック基材３４に固定された第１配線層３６から剥離することを確実に防止することができ、よって多層薄膜配線基板３０の信頼性を向上させることができる。
【００３３】
また、本実施例の構成では、分岐ビア５４が層間接続ビア５０から分岐する位置を、セラミック基材３４に近い位置に設定している。換言すれば、信号配線となる第３乃至第５配線層４０〜４６の配設位置よりセラミック基材３４に近い位置に設定している。この構成とすることにより、分岐ビア５４が信号配線となる第３乃至第５配線層４０〜４６の邪魔になることを防止でき、第３乃至第５配線層４０〜４６の配置位置設定の自由度を向上させることができる。
【００３４】
更に、本実施例では、層間接続ビア５０及び分岐ビア５４をセラミック基材３４に最も近い位置にある第１配線層３６に接合したことにより、半導体チップ６２で発生する熱を層間接続ビア５０及び分岐ビア５４を介して放熱させることができ、よって放熱効率の向上を図ることができる。
尚、図１に示す例では、分岐ビア５４を図中左右方向に夫々延出形成した構成を示したが、分岐ビア５４の数は２つに限定されるものではなく、任意に形成することが可能なものである。
【００３５】
また、本実施例では、分岐ビア５４を第２配線層３８から延出させた構成としたが、分岐ビア５４の分岐位置は第２配線層３８に限定されるものではなく、他の配線層４０〜４６から分岐させる構成とすることも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。請求項１記載の発明によれば、個々のビア及び分岐ビアに印加される応力の大きさを低減することができ、よってビア及び分岐ビアが剥離することを防止することができるため、多層薄膜配線基板の信頼性を向上させることができる。
【００３７】
また、請求項２記載の発明によれば、分岐ビアが配線層の邪魔になることを防止でき、配線層の配置位置設定の自由度を向上させることができる。
また、請求項３記載の発明によれば、ビアと接合される被接合要素（例えば、半導体チップ）が発熱するものである場合、発生する熱をビアを分岐ビアを介して放熱することができ、放熱効率の向上を図ることができる。
【００３８】
更に、請求項４記載の発明によれば、半導体チップとベース材との熱膨張差による応力や、ベース材を実装基板に対して保持させるための応力に対して十分な強度を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である多層薄膜配線基板の層間接続ビアの形成位置近傍を拡大して示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例である多層薄膜配線基板を適用したＭＣＭを示す図である。
【図３】従来の一例である多層薄膜配線基板の層間接続ビアの形成位置近傍を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
２２  半田バンプ
３０  多層薄膜配線基板
３４  セラミック基材
３６  第１配線層
３８  第２配線層
４０  第３配線層
４２  第４配線層
４４  第５配線層
４６  第６配線層
４８  層間絶縁層
５０  層間接続ビア
５４  分岐ビア
５６  延出部
５８  接続部
６０  ＭＣＭ
６２  半導体チップ
６６  冷却ファン
【図１】
0003618044.tif 000002
【図２】
0003618044.tif 000003
【図３】
0003618044.tif 000004