(57)【要約】強化ベンゾシクロブテン樹脂と、少なくとも約５０重量％の無機フィラーとを含有する誘電性複合材料。少なくとも１つの導電性層と、少なくとも１つの誘電性複合材料の層とを有する電子パッケージ。誘電性複合材料の誘電率は約３．５未満、誘電損は約０．００４未満でありうる。
2006527920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電率が約３．５未満、誘電損が約０．００４未満であり、強化ベンゾシクロブテン樹脂と、約５０〜約７５重量％の少なくとも１種類の無機微粒子フィラーとを含み、前記樹脂および前記フィラーが、界面活性剤、分散助剤およびシランカップリング剤から選択される相溶化剤により相溶化されている、電子パッケージに用いるのに好適な誘電性複合材料。
【請求項２】
前記ベンゾシクロブテン樹脂および前記フィラーが、シランカップリング剤により相溶化されている、請求項１に記載の誘電性複合材料。
【請求項３】
前記シランカップリング剤が、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、ペンチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシランおよびこれらの混合物からなる群より選択される追加のシランをさらに含む、請求項２に記載の誘電性複合材料。
【請求項４】
前記少なくとも１種類の無機微粒子フィラーが、シリカ、アルミナ、ガラスおよび石英からなる群より選択される、請求項１に記載の誘電性複合材料。
【請求項５】
前記少なくとも１種類の無機微粒子フィラーが、前記誘電性複合材料層の厚さの１０パーセント以下の平均粒度を有する微粒子シリカである、請求項１に記載の誘電性複合材料。
【請求項６】
前記誘電性複合材料から形成された層の厚さが、約０．５マイクロメートル〜約５０マイクロメートルである、請求項１に記載の誘電性複合材料。
【請求項７】
前記誘電性複合材料から形成された層の低プロファイル銅への接着力が、少なくとも約０．３５Ｎ／ｍｍである、請求項１に記載の誘電性複合材料。
【請求項８】
強化ベンゾシクロブテン樹脂と、誘電率が４．０以下、誘電損が０．００１未満の少なくとも１種類の無機微粒子フィラーと、シランカップリング剤と、非極性溶剤とを含む分散液。
【請求項９】
前記無機微粒子フィラーが、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、７−オクテニルトリメトキシシランおよびこれらの混合物からなる群より選択されるシランカップリング剤で処理された表面を有する、請求項８に記載の分散液。
【請求項１０】
前記非極性溶剤が、メシチレン、トルエンおよびこれらの混合物からなる群より選択される、請求項８に記載の分散液。
【請求項１１】
少なくとも１つの導電性層と、それにラミネートされた少なくとも１つの誘電性複合材料の層とを含み、前記誘電性複合材料の誘電率が約３．５未満、誘電損が約０．００４未満であり、前記誘電性複合材料が強化ベンゾシクロブテン樹脂と、約５０〜約７５重量％の少なくとも１種類の無機微粒子フィラーとを含み、前記樹脂および前記無機微粒子フィラーがシランカップリング剤により相溶化されている、電子パッケージ。
【請求項１２】
前記導電性層の厚さが、約４０μｍ未満である、請求項１１に記載の電子パッケージ。
【請求項１３】
前記導電性層が、厚さ約５μｍまでの低プロファイル銅である、請求項１２に記載の電子パッケージ。
【請求項１４】
前記パッケージが、コア層を含む、請求項１１に記載の電子パッケージ。
【請求項１５】
前記コア層が、液晶ポリマーおよびポリイミドポリマーからなる群より選択されるポリマーを含む、請求項１４に記載の電子パッケージ。
【請求項１６】
少なくとも１つの導電性層と、少なくとも１つの誘電性層との対が、前記非導電性コア層周囲に対称に配置されている、請求項１４に記載の電子パッケージ。
【請求項１７】
少なくとも１つの誘電性複合材料の層でコートされた導電性層を含み、前記誘電性複合材料が約３．５未満の誘電率、約０．００４未満の誘電損を有し、かつ、強化ベンゾシクロブテン樹脂と、約５０〜約７５重量％の少なくとも１種類の無機微粒子フィラーとを含み、前記樹脂および前記フィラーがシランカップリング剤により相溶化されている、基板構造体。
【請求項１８】
前記導電性層が銅層である、請求項１７に記載の基板構造体。
【請求項１９】
前記導電性層が、厚さ約１５μｍ未満のラミネートされた低プロファイル銅またはめっき銅またはスパッタアルミニウムから形成されている、請求項１７に記載の基板構造体。
【請求項２０】
前記少なくとも１種類の無機微粒子フィラーが、前記誘電性複合材料層の厚さの１０パーセント以下の平均粒度を有する微粒子シリカである、請求項１に記載の誘電性複合材料または請求項１１に記載の電子パッケージまたは請求項１７に記載の基板構造体。
【請求項２１】
前記シランカップリング剤が、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、７−オクテニルトリメトキシシランおよびこれらの混合物からなる群より選択される、請求項２に記載の誘電性複合材料または請求項１７に記載の基板構造体。
【請求項２２】
前記構造体が、前記銅表面にプライマーをさらに含み、前記プライマ−が、ビニルトリアセトキシシラン、アミノシランおよびアミノプロピルシランからなる群より選択される、請求項１７に記載の基板構造体。
【請求項２３】
コア層を提供する工程と、導電性および誘電性材料の一方または両方の複数の追加の層を前記非導電性コア層の片側または両側にスタックする工程と、全層を同時にラミネートする工程とを含む、請求項１１に記載の電子パッケージの製造方法。
【請求項２４】
非導電性コア層を提供する工程と、前記非導電性コアの片側または両側に第１の追加の導電性または誘電性層をスタックする工程と、前記第１の追加の層をラミネートする工程と、前記第１の層に第２の追加の導電性または誘電性層をスタックする工程と、前記第２の追加の層をラミネートする工程とを含む、請求項１１に記載の電子パッケージを提供する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子パッケージに用いるのに好適な誘電性複合材料およびかかる誘電性材料でできた電子パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
高性能電子用途に有用な誘電性材料は僅かしかない。高速相互接続に有用とするために、材料は低誘電率、低損でなければならず、銅、クロム、亜鉛、アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、プラズマ強化酸化物（ＰＥＯＸ）、ケイ酸リンガラス（ＰＳＧ）等のようなインターフェースとなるその他の材料に接合可能でなければならない。材料はまた、スピン−オンコーティング、ダイコーティング、化学機械研磨、ドライエッチ、画像形成、レーザーアブレーション、ホット／コールドプレス等といった一般的な製造技術を用いて処理可能でもなければならない。その他の望ましい材料特性としては、低吸湿性、優れた耐化学性、良好な熱特性、予想可能な寸法のずれ、制御可能なメルトフロー粘度および繰り返し応力に対する耐破壊性が挙げられる。
【０００３】
高度な高密度多層電子パッケージは、特に、高周波（ＧＨｚ）用途においては、高度な誘電性材料を必要とする。かかる高度な誘電体の主たる特性の１つは、ＧＨｚ周波数範囲における低誘電損であり、これに付随の信号損は、主な性能の壁となる。低誘電損とするには、誘電性材料は低極性および低双極子モーメントを有していなければならない。他の主たる要件は、無鉛はんだリフローといった増加している高温製造プロセスに耐えられるよう、誘電性材料のガラス転移温度（Ｔｇ）が十分に高い、すなわち、２００℃を超えなければならないことである。その他の要件としては、優れたギャップフィル特性、靭性（良好な伸び）、低熱膨張係数（ＣＴＥ）、すなわち、銅のＣＴＥ（１７ｐｐｍ（百万分の一）／℃のＣＴＥ）に近いこと、他の層に行った異なるボンディング処理に対する良好な接着力が挙げられる。
【０００４】
高周波数マイクロ波（例えば、２．４ＧＨｚ）用途に用いられることの多い誘電性材料は、テフロン（ＴＥＦＬＯＮ）／セラミック、テフロン（ＴＥＦＬＯＮ）／ファイバーガラス等といったテフロン（ＴＥＦＬＯＮ）のような商品名で販売されているフルオロポリマー材料に基づく様々な複合体の１つである。しかしながら、テフロン（ＴＥＦＬＯＮ）材料は、高ラミネーション温度、すなわち３５０℃を超える温度を必要とする。また、テフロン（ＴＥＦＬＯＮ）材料の非架橋性（熱可塑性）のために、外側層を前の層にラミネートすると、寸法安定性の問題が生じる。ポリイミドおよびいくつかのポリエステル（例えば、芳香族液晶ポリマー）はまた、良好な電気特性の誘電体であるが、これらのポリマー系誘電性材料には、吸湿、フローフィルまたは高ＣＴＥ（６０ｐｐｍ／℃を超える、特にＺ−軸において）という問題があり、やはり材料を特定の用途に制限するものである。ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）ポリマーもまた、有用な誘電性化合物として知られつつある。
【０００５】
特許文献１には、ベンゾシクロブテンが層間誘電体（ＩＬＤ）として作用する半導体装置の製造方法が開示されている。厚さ５μｍ〜８μｍのＢＣＢコーティングを、所望の表面にスピンコートし、ＳｉＯ２フィルムをエッチマスクとして用いてＣｌ２／ＢＣｌ３／Ｏ２の混合物により異方性パターン化する。
【０００６】
特許文献２には、ベンゾシクロブテンフィルムが、再分配配線と、メモリセルのような高感度集積回路装置とはんだボールのようなアルファ粒子源の間のアルファ粒子ブロッキング層との間で絶縁体として作用する半導体装置の製造方法が開示されている。厚さ１０μｍ〜１００μｍのＢＣＢコーティングは、所望の表面にスピンコートされている。
【０００７】
特許文献３には、かかる構造の構築においてラミネート接着剤としてベンゾシクロブテンポリマーを用いたマルチチップモジュール（ＭＣＭ）パッケージが開示されている。ＢＣＢポリマーを、カプトン（ＫＡＰＴＯＮ）Ｅという商品名で販売されている枠ポリイミドフィルム上に層厚さ５μｍ〜１５μｍでまずスピンコートしてから、多層相互接続構造を作成するために焼成およびラミネートする。
【０００８】
特許文献４には、誘電率が３．０未満のポリイミドフィルム、ベンゾシクロブテンフィルムまたは熱可塑性フィルムが上部導電体層上で絶縁体として作用する、印刷配線基板（ＰＷＢ）または多層セラミック（ＭＬＣ）ベースに高周波数チップキャリア基板をビルドアップするプロセスが開示されている。このプロセスは、スピン−オンコーティングか、化学蒸着（ＣＶＤ）のいずれかを用いて誘電性フィルムを付着させるものである。
【０００９】
特許文献５には、強化ベンゾシクロブテン系誘電性ポリマーでコートされた金属ホイルを用いて印刷配線基板を厚い印刷回路基板（ＰＣＢ）コアにビルドアップするプロセスが開示されている。このプロセスは、シートを金属ホイルおよびＢＣＢ含有誘電性材料でラミネートするものである。開示されたＢＣＢポリマーは、エチレン化不飽和ポリマー添加剤と光活性化合物とを含む。部分重合「ｂ−段階」材料もまた開示されている。しかしながら、フィラーの使用は開示されていない。ＢＣＢ材料と、ＢＣＢ系に用いるメシチレンのような非極性溶剤の非極性のために、ポリマーは通常、シリカのような無機フィラー粒子と相溶性がない。
【００１０】
これまで、ＢＣＢ材料を含むたいていの用途では、フィラーを含有しないドライエッチング可能か、フォト画像形成可能な材料のスピン−オンコーティングが用いられている。ＢＣＢの硬化応力が比較的高いためコーティング厚さは通常２０μｍ未満であり、これによりウェハまたは基板が曲がることがよくあり、ウェハ／基板を後コーティングプロセスにおいて処理不可能とさせている。
【特許文献１】米国特許第６，５１４，８７２  Ｂ１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４１０，４１４  Ｂ１号明細書
【特許文献３】米国特許第６，２９４，７４１  Ｂ１号明細書
【特許文献４】米国特許第６，２６２，３７６号明細書
【特許文献５】米国特許第６，４２０，０９３号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
強化ＢＣＢ樹脂は、優れた誘電性、熱および機械特性を備えた高充填複合材料へと形成されることを知見した。かかる複合ＢＣＢ材料は、銅または電子パッケージに用いるその他基板に直接コートしてもよい。相溶性のある高充填ＢＣＢ樹脂は、優れた誘電性特性を保持し、低プロファイル銅表面および当該のその他表面に強固に接合するということも知見した。
【００１２】
本発明の一態様は、誘電率が約３．５未満、誘電損が約０．００４未満であり、強化ベンゾシクロブテン樹脂と、約５０〜約７５重量％の少なくとも１種類の無機微粒子フィラーとを含み、樹脂およびフィラーが相溶化剤により相溶化されている、電子パッケージに用いるのに好適な誘電性複合材料である。誘電性複合材料のＣＴＥは約５０ｐｐｍ／℃未満、および／または引張り伸びは約２％である。誘電性複合材材料のコーティング厚さは約０．５μｍ〜約１００μｍ、好ましくは約０．５μｍ〜約５０μｍ、低プロファイル銅の剥離強度は少なくとも約２ｌｂ／ｉｎ（０．３５Ｎ／ｍｍ）である。
【００１３】
本発明の他の態様は、少なくとも１つの導電性層と、それにラミネートされた少なくとも１つの誘電性複合材料の層とを含み、誘電性複合材料の誘電率が約３．５未満、誘電損が約０．００４未満であり、誘電性複合材料が強化ベンゾシクロブテン樹脂と、約５０〜約７５重量％の少なくとも１種類の無機微粒子フィラーとを含み、樹脂および無機微粒子フィラーがシランカップリング剤により相溶化されている、電子パッケージである。電子パッケージの一実施形態において、無機微粒子フィラーはシリカ粒子を含む。
【００１４】
本発明の他の態様は、強化ベンゾシクロブテン樹脂と、誘電率が４．０以下、誘電損が０．００１未満の少なくとも１種類の無機微粒子フィラーと、シランカップリング剤と、非極性溶剤とを含む分散液である。
【００１５】
本発明の他の態様は、少なくとも１つの誘電性複合材料でコートされた導電性層を含み、誘電性複合材料の誘電率が約３．５未満、誘電損が約０．００４未満であり、誘電性複合材料が強化ベンゾシクロブテン樹脂と、約５０〜約７５重量％の少なくとも１種類の無機微粒子フィラーとを含み、樹脂およびフィラーがシランカップリング剤により相溶化されている、基板構造体を提供する。
【００１６】
特に断りのない限り、重量、比率および量は全て重量基準である。
【００１７】
本明細書で用いる場合、以下の用語は次のような意味である。
１．「相溶化」という用語は、不相溶性の各材料と相溶性のある追加の溶剤を用いることにより互いに相溶性とさせることを意味する。
２．「ＣＴＥ」という用語は材料の熱膨張係数のことを指す。「低ＣＴＥ」という用語は、約２００℃の温度まで４０ｐｐｍ／℃未満の異方性ＣＴＥを有することを意味する。
３．「低プロファイル」という用語は、約１０．２μｍ（約２００マイクロインチ）未満の最大ホイル断面変化（Ｒｚ）の表面粗さを有することを意味する。
４．「Ｂ−段階」という用語は、最終の所望状態とさせるためにはさらに硬化させる必要のある部分重合材料のことを意味する。
５．「誘電性複合材料」という用語は、強化ベンゾシクロブテン樹脂と追加の無機フィラーの両方を含む材料のことを指す。ＢＣＢ樹脂は、複合材料を形成する前、強化剤を含んでいる。
６．「強化ＢＣＢ」という用語は、ＢＣＢ材料マトリックスに埋め込まれた不連続粒子の形態のゴム相を含有するＢＣＢ材料のことを指す。
７．「高充填」という用語は、約５０ｗｔ．％を超える、またはこれに等しいレベルでの無機フィラーによる強化ＢＣＢマトリックスの充填のことを指す。
８．「コーティング」と「層」という用語は本明細書では区別なく用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の誘電性複合材料は、高充填強化ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）樹脂である。ＢＣＢ樹脂は、ダウケミカル（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ）よりサイクロテン（ＣＹＣＬＯＴＥＮＥ）という商品名で市販されている。ＢＣＢポリマーは、高い周波数範囲（１〜４０ＧＨｚ）で、高湿度運転条件においても、誘電率と損の両方とも優れた誘電性特性を有している。本明細書に記載した処方の一実施形態では、ダウケミカルカンパニー（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ）より市販されている、予備重合された、または「ｂ−段階」ジビニルシロキサンビス−ベンゾシクロブテンを用いる。
【００１９】
多層電子パッケージング用途に高度な誘電性を与え、かつ高度な誘電性材料に望まれる要件を全て満たすために、高充填誘電性ポリマー複合材料を、強化ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）と無機フィラー粒子に基づいて形成する。強化ＢＣＢ材料は、はるかに改善された機械的特性と、巨視的に相分離することなく約３５％までの伸びを示す。強化ＢＣＢ樹脂は、０．００２５未満の誘電損、約２．６と低い誘電率という優れた誘電性特性を示す。樹脂はまた優れたフローフィル特性も有している。Ｔｇは３００℃を超え、高い。しかしながら、ＢＣＢ樹脂、特に強化ＢＣＢ樹脂は、８５ｐｐｍ／℃を超えるＣＴＥを有している。この高いＣＴＥは、高密度半導体パッケージにおいてその有用性を制限している。正確なＣＴＥは、処方に用いる強化剤の量に依存している。
【００２０】
強化樹脂のＣＴＥを減少し、その良好な電気−機械的性能および耐化学性を尚維持するために、無機フィラーを添加して誘電性複合材料を形成する。通常、本発明の複合材料に有用なフィラーとしては、誘電率が５未満、誘電損（ＧＨｚ範囲）が０．００２未満の無機フィラーが挙げられる。平均サイズが約２ミクロン未満または絶対サイズが約８ミクロンであり、良好な絶縁特性および／または良好な誘電性特性を有している限りは、基本的にこれらの特性を備えた微粒子フィラーが有用である。フィラーの平均粒度は好ましくは、最終製品中の誘電性複合材料の層の厚さの１０パーセント以下である。フィラーの誘電率はまた約４．０以下、誘電損は約０．００１未満である。かかるフィラーの１つはシリカ（ＳｉＯ２）である。その他の好適な無機フィラーとしては、アルミナ、石英およびガラスが挙げられるがこれに限られるものではない。
【００２１】
任意で、初期のＢＣＢ樹脂または誘電性複合材料は、材料を高温に晒す処理工程中の熱分解、酸化およびスキンまたは色形成を阻害または妨げる安定剤を含有していてもよい。
【００２２】
本発明の複合誘電性材料の少なくとも一実施形態は以下の所望の特性の１つ以上を有している。まず、無機フィラー、例えば、シリカは、強化ＢＣＢにより安定分酸液を形成する。第２に、無機フィラーとＢＣＢポリマーの間に良好な接着力がある。第３に、誘電性複合材料（例えば、ＢＣＢ−ＳｉＯ２）と当該の表面（例えば、銅またはその他の金属ホイル、ＢＣＢ−ＳｉＯ２材料の他の層等）の間の接着力は、表面下塗り溶液を使用することにより改善することができる。特に、低プロファイル薄銅（厚さ約５μｍまで）に対する良好な接着力が望ましい。最後に、誘電性複合材料を選択した基板に均一な薄層でコートすると良好な電気特性を得ることができる。
【００２３】
一般的に、誘電性複合材料は、強化ベンゾシクロブテン樹脂、少なくとも１種類の無機微粒子フィラー、カップリング剤および非極性溶剤を含む分散液を形成することにより作成される。
【００２４】
メシチレン、トルエンまたはこれらの混合物のような非極性溶剤と相溶性のあるシリカのような無機微粒子フィラーを作成するために、シリカ表面を処理する、例えば、官能性を与えてもよい。ＢＣＢ樹脂と相溶性のあるフィラーも与える表面に官能性を与える方法の１つは、ビニルトリエトキシシラン（ＶＴＳ）、ビニルトリアセトキシシラン（ＶＴＡＳ）、７−オクテニルトリメトキシシラン、アミノプロピルシラン（ＡＰＳ）およびこれらの混合物のようなシランカップリング剤を用いることである。混合物を用いるとき、オクチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ペンチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシランおよびこれらの混合物のような追加のシランも含むことができる。シリカが表面処理されていない場合、非極性溶剤中で凝集する傾向がある。
【００２５】
無機フィラーをＢＣＢ樹脂および／または非極性溶剤と相溶化させる他の方法として、仕上がり誘電性フィルムの性能を大幅に減じない分散助剤や界面活性剤を用いるものがある。
【００２６】
複合材料の接着性特性または誘電性特性を阻害しなければ、その他の添加剤を誘電性複合材料に用いてもよい。有用な添加剤としては、酸化防止剤、安定剤、染料、着色剤等が挙げられる。
【００２７】
本発明の基板および電子パッケージは、少なくとも１つの導電性層を含み、一般的に、多数の介在誘電層を備えた多数の導電性層を含む。誘電層またはコア層の少なくとも１つが、本発明の誘電性複合材料を含む。導電性層は、任意の好適な種類の導電性材料を含んでいてよい。好適な材料としては、ラミネートされた低プロファイル銅、めっき銅およびスパッタアルミニウムが例示される。導電性層の厚さは一般的に約４０μｍ未満、好ましくは１８μｍである。一実施形態において、導電性は銅から形成されている。銅基板は、好ましくは薄く、一般的に５μｍ以下の低プロファイル表面を備えている。非極性であるために、ＢＣＢの銅基板への接着力は乏しい。銅とＢＣＢ誘電性複合材料の間の接着力を改善するために、プライマーまたはカップリング剤を用いて、ＢＣＢ誘電性複合材料のコーティングの前に銅表面を下塗りしてもよい。有用なプライマーとしてはビニルトリアセトキシシラン、アミノシラン、アミノプロピルシラン等が挙げられる。用いるとき、プライマーは、一般的に銅基板に配置し、誘電性複合材料のコーティング前に１００℃以上で約５〜約１０分間焼く。
【００２８】
誘電性複合材料を正確にコートするには、誘電性複合材料の溶剤含有分散液を所望の基板にコートして、溶剤を除去するために、好ましくは高温で乾燥する。乾燥したコーティングの厚さは約０．５マイクロメートルから約１００マイクロメートルであるのが好ましい。好ましい一実施形態において、誘電性層の厚さは２５μｍ以下である。３６μｍ、さらには４０μｍの厚さがある用途においては有用である。誘電性複合材料の硬化は、焼成またはラミネーションにより完了させることができる。ラミネーション温度は、用いた特定の成分により変化する。あるいは、分散液を、ポリ（エチレンテレフタレート）のような剥離ライナにコートしてから薄い銅基板にラミネートしてもよい。完成した基板構造体は、記載したようにコートされた誘電性複合材料と共に単一の導電性層あるいは導電性および／または多層の誘電性複合材料を含んでいてもよい。
【００２９】
本発明の他の態様は、少なくとも１つが銅層である多層の導電性層と、少なくとも１つの層が、誘電率が約３．５未満、誘電損が約０．００４未満の誘電性複合材料を含む多数の誘電性層とを有する多層電子パッケージであって、誘電性複合材料が約５０〜約７５重量％の少なくとも１種類の微粒子フィラーを有する強化ベンゾシクロブテン樹脂を含み、樹脂およびフィラーが分散助剤、界面活性剤、シランカップリング剤のような相溶化剤により相溶化されている。
【００３０】
図１および２は、集積回路ダイスのパッケージに有用な本発明の複合誘電性材料により作成可能な多層ＩＣパッケージの例証の実施形態である。多層誘電性層は、ＢＣＢ複合誘電性材料から形成することができる。
【００３１】
図１は、本発明の誘電性材料で製造可能な１つの可能な多層相互接続基板の概略図である。図１に、交互の一連の導電性（一般に金属）層１１２、１１４、１３２および１３４、コア層１１１および誘電性層１２２および１２４をラミネートすることにより作成した４層の金属相互接続基板１００を示す。図１に示す導電性および誘電性層は、コア金属層１１１の周囲に対称に配置されている。「対称に配置」とは、コア層１１１の片側に形成された各誘電性または導電性層が、コア層の逆側に形成された同じ材料の対応の層を有していることを意味する。
【００３２】
図１にさらに示すように、ビア１４２または１４４を用いて様々な金属層を相互接続する。ビア１４２は導電性層１３２からコア層１１１および誘電性層１２２および１２４をそれぞれ通して延在して、導電性層１３４で終わっている。各ビア１４２、１４４に、超小型電子製造業界で公知である蒸着技術を用いて導電性材料でめっきする。変形実施形態において、各ビア１４２、１４４を導電性材料で充填して、導電性経路を画定する。当業者であれば、ビア（スルービア、ブラインドビアおよび埋め込みビア）の任意の組み合わせを用いて、ダイ取付け表面１０４のボンドパッド１５２、１５４とボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）取付け表面１０２のボンドパッド１５６の間に電気接続を与えることができることが分かるであろう。
【００３３】
はんだマスク１６２、１６４をダイ取付け表面１０４とＢＧＡ取付け表面１０２に適用することができる。各はんだマスク１６２、１６４は、各ビア１４２、１４４に近接する接触またはボンドパッドを露出させる。例えば、はんだマスク１６２は接触パッド１５２、１５４を露出させ、はんだマスク１６４は接触パッド１５６を露出させる。チップに対応するはんだボール（図示せず）は、接触パッド１５２、１５４と位置合せして、加熱し、リフローして、電気的および機械的ボンドを多層基板の接触パッドとチップに形成することができる。同様に、印刷配線基板（ＰＷＢ）に対応するはんだボール（図示せず）は、接触パッド１５６と位置合せして、加熱し、リフローして、電気的および機械的ボンドを接触パッドとＰＷＢの間に形成することができる。
【００３４】
コア層１１１は、導電性、非導電性であってもよく、あるいは導電性と非導電性材料の組み合わせを含んでいてもよい。好適な導電性材料は厚い（例えば、１／２ｍｍまでの）銅を含む。好適な非導電性材料としては、ポリイミド、ガラス、セラミック、無機誘電性材料、ポリマー／誘電性材料ブレンド等、本発明の複合誘電性材料が挙げられる。好適な組み合わせの材料としては、可撓性電気回路、コンデンサおよび印刷配線基板が挙げられる。
【００３５】
誘電性層１２２および１２４は、フィラー有り、または無しで、ポリイミドやポリイミドラミネート、エポキシ樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、誘電性複合材料または少なくとも一部がポリテトラフルオロエチレンから構成される誘電性材料の個々の層または組み合わせのラミネートから形成してよい。コア層と２つの誘電性層とを有する一例のパッケージ設計において、非導電性コア層は、ＢＩＡＣフィルム（日本、岡山県のジャパンゴアテックス株式会社（Ｊａｐａｎ  Ｇｏｒｅ−Ｔｅｘ  Ｉｎｃ．，Ｏｋａｙａｍａ−Ｋｅｎ，Ｊａｐａｎ））のような液晶か、ＬＣＰ  ＣＴフィルム（日本、岡山の株式会社クラレ（Ｋｕｒａｒａｙ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｏｋｙａｍａ，Ｊａｐａｎ））か、カプトン（ＫＡＰＴＯＮ）Ｈ、ＫまたはＥ（イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー（Ｅ．Ｉ．Ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ））のようなポリイミドフィルムか、ユーピレックス（ＵＰＩＬＥＸ）（宇部興産株式会社（Ｕｂｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｌｔｄ．，））という商品名で販売されているポリイミドフィルムのいずれかで構成してよく、他の２つの誘電性層は本発明の誘電性複合材料から構成される。
【００３６】
導電性１１２、１１４、１３２および１３４は銅のような公知の導電性材料から形成してもよい。用いてもよい他の周知の導電性材料としては、アルミニウム、金、ニッケルまたは銀が挙げられる。少なくとも１つの実施形態において、導電性層１１２、１１４、１３２および１３４の厚さはそれぞれ約５〜約１４ミクロンの範囲である。１つの模範的なパッケージ設計において、各導電性層１１２、１１４、１３２、および１３４の厚さは約１２ミクロンである。コア層１１１の厚さは少なくとも約１ミクロン〜７５０ミクロンの範囲である。残りの誘電性層１２２、１２４の厚さはそれぞれ約２０〜約７０ミクロンである。一例において、各誘電性層１２２、１２４の厚さは約３６ミクロンである。
【００３７】
相互接続基板１００の様々な層を熱および圧力を用いてスタックしてラミネートすることができる。例えば、全ての層を互いに同時にスタックへとラミネートすることができる。あるいは、層は、一度に金属コア層１１１に構築したり、各ラミネーション工程で追加される１つまたは２つの追加の層により徐々に構築することができる。ラミネーション中、誘電性層１２２および１２４はメルトフローして、モノリシックバルク誘電性材料が得られる。導電性層は、標準的な公知のフォトリソグラフィーおよびエッチ方法を用いてパターン化することができる。
【００３８】
スルービアは、相互接続基板１００のラミネーションに続いて形成することができる。特に、ビアは、米国特許第６，０２１，５６４号、第１０欄３１行〜第３１欄１０行に記載されている穿孔またはレーザーアブレーションプロセスにより形成してもよい。ラミネーション後、はんだマスク１６２および１６４を相互接続基板１００に追加する。はんだマスク１６２および１６４をパターン化して、それぞれチップおよびＰＷＢからはんだボールを受ける接触パッド１５２、１５４および１５６を画定する。
【００３９】
ある実施形態（図１には図示せず）において、相互接続基板１００は「フリップ−チップ」集積回路を受け入れる。フリップ−チップ実装では、はんだボールをダイまたはチップに配置し、チップをひっくり返し、チップを相互接続モジュール１００のような基板上の接触パッドと位置合せし、はんだボールを炉でリフローして、チップと基板の間にボンディングを築く必要がある。このやり方だと、接触パッドは、ワイヤボンディングやテープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）技術のように周囲に限定されず全チップ表面に分配される。その結果、利用可能なＩ／Ｏおよびパワー／グラウンドターミナルの最大数が増大し、信号およびパワー／グラウンド相互接続をチップにより効率的に配線することができる。
【００４０】
当業者であれば、本明細書に開示された種類の相互接続基板は、埋め込みコンデンサ層、導電性層、誘電性層等をはじめとする追加の層を含んでもよいことが分かるはずである。また、最終相互接続モジュールの要件に応じてこれより少ない誘電性および導電性層を有する相互接続基板を作成することも可能である。
【００４１】
図２は、６枚の金属層を有する相互接続基板２００の断面側面図である。基板はダイ取付け表面２０４とボード取付け表面２０２を有している。また、第１および第２の導電性層２１２、２１４およびコア層２１１を備えた中央コンデンサ構造２１０も含んでいる。
【００４２】
誘電性複合材料を備えた金属フィルムは、パターン化されたコンデンサ構造体２１０の両側にラミネートしてから、ビア２４０、２４２を通して穿孔し清浄にされる。シード金属（図示せず）を無電解めっきまたはスパッタリングまたは蒸着によりビアに適用し、バルク金属を電解めっきにより成長させる。第３および第４の導電性層２３２および２３４からの回路を標準的な技術により形成する。誘電性複合材料を備えた追加の金属フィルムをビルドアップ構造体の両側にラミネートする。ブラインドビア２４４、２４６、２４８を穿孔する。シード金属を再び適用し、バルク金属ビルドアップがこれに続く。表面回路２３６、２３８を標準的な技術により形成する。保護コーティング２６２および２６４を最後に適用しパターン化して上部接触パッド２５２、２５４および下部電気接触パッド２５６を露出する。
【００４３】
コンデンサ構造体のコア層２１１を、高誘電性材料を第１および第２の導電性層２１２、２１４の一方または両方にコーティングし、熱および圧力をかけてコンデンサ構造体２１０をラミネートし、誘電性層を硬化することにより形成する。第１および第２の導電性層２１２、２１４は、銅ホイルで形成し、パワーグラウンド面として作用させることができる。導電性層２１２、２１４の厚さはそれぞれ約４０μｍまでで、好ましくは約１８μｍまでである。コア層２１１は、高誘電率粒子の充填されたエポキシ樹脂の形態にある。誘電性粒子は、例えば、チタン酸バリウム（非焼成チタン酸バリウムを含む）、チタン酸バリウムストロンチウム、酸化チタンおよびチタン鉛ジルコニウムから選択される。
【００４４】
コンデンサ構造２１０は非常に薄く、非常に高い誘電率を示す。例えば、コア層２１１に用いると、誘電性複合材料は、一般的に、硬化に際して、約８ミクロン、より好ましくは約１〜約４ミクロン以下の合計乾燥厚さを有するように処方される。さらに、誘電性複合材料は、約１２、より好ましくは約１２〜約１５０を超える、またはこれに等しい高い誘電率を有する。
【００４５】
さらに、相互接続基板２００は、中央コンデンサ構造２１０の逆側に第２および第３の誘電性層２２２、２２４を含む。第３の導電性層２３２は、第２の誘電層２２２と第４の誘電層２２６の間に形成される。第４の導電性層２３４は、第３の誘電層２２４と第５の誘電層２２８の間に形成される。第１および第２の導電性層２１２、２１４はパワーグラウンド面を形成するが、第３および第４の導電性層２３２、２３４はパターン化された単一層を形成する。
【００４６】
第４の導電性層２２６は、第３の誘電層２３２を覆うように形成され、第５の誘電層２２８は第４の導電性層２３４を覆うように形成される。導電性層２３６、２３８は、それぞれ誘電性層２２６および２２８上に形成し、パターン化してビアの形成用の予備形成アパーチャを画定することができる。予備形成アパーチャは、一般的に、レーザーアブレーションにより形成される。このように、ビアを形成するのに用いるレーザーを適用して、誘電性材料のみをアブレートする。
【００４７】
導電性層２３２、２３４、２３６、２３８は全て、厚さ約５〜約１４ミクロンの範囲、より好ましくは約１２ミクロンの銅で形成してよい。誘電性層２２２、２２４、２２６、２２８の厚さは約２０〜約７０ミクロンの範囲、より好ましくは約３６ミクロンである。このように、第１の導電性層２１２の外側表面と、電気接触２５２の内側表面の間の距離は約１００ミクロン未満、より好ましくは約８８ミクロン以下である。様々な層を単一工程または連続ビルドアップでラミネートすることができる。例えば、ラミネーションの前に、誘電性層２２２、２２４をそれぞれ導電性層２３２、２３４にコートすることができる。これらの誘電性／導電性層対を中央コンデンサ構造２１０のいずれかの側にラミネートすることができる。導電性層２３２および２３４をパターン化して信号トレースを画定することができる。同様に、ラミネーションの前に、誘電性層２２６、２２８をそれぞれ導電性層２３６、２３８にコートすることができる。これらの誘電性／導電性層対は、導電性層２３２および２３４の外側表面にそれぞれラミネートすることができる。導電性層２３６、２３８をパターン化してもよい。
【００４８】
ある実施形態において、構造上の均一性を促し、熱応力による変形に耐えるよう導電性層は「平衡」、すなわち、コンデンサ構造２１０の逆側に対称配置されている。特に、導電性層は、それぞれが同じ種類の金属ホイルを有するように構築してもよいし、めっきして交差パターンへとエッチングしてもよく、各層における金属濃度は略等しい。このやり方で、ある層のＣＴＥと他の層のＣＴＥは実質的に等しく、これによって、互いに平衡して、相互接続モジュールの熱応力による歪みが最小になる。
【００４９】
Ｉ／Ｏ相互接続については、相互接続基板２００は、誘電性層２２２、２２４および接触導電性層２３２、２３４を通して延在する埋め込みスルービア２４０、２４２や、ダイ取付け表面２０４に接触ブラインドビア２４４、２４６およびボード取付け表面２０２にブラインドビア２４８のような数多くの導電性ビアを含む。一般的に、ブラインドビアは、１つのみの誘電性層により形成されて、誘電性層のいずれかの側の２つの導電性層の間の接続を配線するのに用いられる。しかしながら、ブラインドビアを形成すると、複数のラミネート層を通して延在して、誘電性層のいずれかの側の多層導電性層を接続する。各導電性層を適宜パターン化して、残りの層が全体の構造にボンドされる前に、近接する導電性層を接続する必要なブラインドビアを形成する。パワーグラウンド分配については、埋め込みスルービア２４０、２４２を第１の導電性層２１２か第２の導電性層２１４のいずれかと接触させてもよい。
【００５０】
ブラインドビア２４４、２４６は、基板２００を相互接続するのに取り付けられたチップからはんだボール（図示せず）を受ける接触パッド２５２、２５４に近接配置される。はんだボールを加熱およびリフローして、接触パッド２５２、２５４と導電性ボンドを形成し、ビア２４４、２４６とそれぞれ電気的に接続して、チップ上のＩ／Ｏと相互接続基板２００上のＩ／Ｏを相互接続する。同様に、ブラインドビア２４８は接触パッド２５６に近接させ、相互接続基板のボードへの電気的および機械的接続を与える。はんだボールを加熱およびリフローして、接触パッド２５６との導電性ボンドを形成し、ビア２４８と電気的に接続されて、相互接続モジュール上のＩ／ＯをＰＷＢ上のＩ／Ｏと相互接続する。ブラインドおよび埋め込みビアは低インダクタンス信号経路を与え、相互接続基板２００においてさらにインピーダンスを減じる。
【実施例】
【００５１】
実施例
特に断りのない限り、パーセンテージ、比率および量は全て重量基準である。
【００５２】
複合誘電性材料を含有するラミネートされた物品は次のようにして作成した。
【００５３】
シリカ表面処理：９００ｇのシリカ（ＳｉＯ２）粒子（日本、東京の株式会社龍森（Ｔａｔｓｕｍｏｒｉ  Ｌｔｄ．，  Ｔｏｋｙｏ，  Ｊａｐａｎ）より入手可能なＳＯ−Ｅ２、平均粒度：０．５μｍ）を９００ｇのメチルエチルケトン（ＭＥＫ−ニュージャージー州フィリップスバーグのＪＴベーカー（ＪＴ  Ｂａｋｅｒ，  Ｐｈｉｌｌｉｐｓｂｕｒｇ，  ＮＪ）より入手可能）に分散した。次に、９ｇのビニルトリアセトキシシラン（ＶＴＡＳ−ウィスコンシン州ミルウォーキーのアルドリッチケミカル社（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）より入手可能）を添加した。室温で約１５分間攪拌した後、２０ｇの脱イオン水を添加した。分散液を窒素下で２４時間還流した。冷却後、ロータリエバポレータによる真空蒸留により約半分のＭＥＫを除去した。次に、約５００ｇのトルエン（ニュージャージー州ギブスタウンのＥＭサイエンス（ＥＭ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｇｉｂｂｓｔｏｗｎ，ＮＪ）より入手可能）を添加した。ロータリエバポレータにより溶剤の半分を除去した後、約７００ｇの追加のトルエンを添加した。この溶剤交換後、トルエン［少量（＜１０％）のＭＥＫ含有］中シリカ分散液の固体含量は５３％であった。
【００５４】
複合誘電性分散液処方：上記のシリカ分散液に、７２７ｇの強化ＢＣＢ樹脂（メチレン中実験用サイクロテン樹脂ＸＵＲ−ＪＷ−１１４８−２００２０１４１５−４７、約５３ｗｔ％の固体含量、ミシガン州、ミッドランドのダウケミカルカンパニー（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）より入手可能）を添加した。攪拌後、複合誘電性分散液が得られた。シリカ分散液に添加される強化ＢＣＢ材料の量を調整することにより異なる量の処理済みシリカフィラー含量を有する複合誘電性分散液を調製した。
【００５５】
Ｃｕホイルの下塗り：９５％エタノール中新たな１％ビニルトリアセトキシシラン（ＶＴＡＳ）で銅ホイルを処理した。この代わりに、水中１％アミノプロピルシラン（ＡＰＳ）溶液（ウィスコンシン州ミルウォーキーのアルドリッチケミカル社（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）より入手可能）を用いてもよい。銅ホイルをシラン溶液でコートした後、１４０℃〜１５０℃で１５分間焼いた。表１に評価した銅基板をまとめてある。
【００５６】
表１
銅基板のまとめ
2006527920.tif 000003
1３５μｍの剥離可能なＣｕバッキング
2ＩＰＣ−４５６２に準拠：印刷配線用途の金属ホイルおよびＩＰＣ−ＣＦ−１４８Ａ印刷配線用樹脂コート金属ホイル、低プロファイル銅の最大ホイル厚さ変化（Ｒｚ）＜５．１μｍ、中厚は５．１μｍ＜Ｒｚ＜１０．２μｍ、標準厚さＲｚ＞１０．２μｍ。大半の供給業者のホイルはＩＰＣ規格に従っている。
【００５７】
精密コーティング：複合誘電性分散液を、ローレットまたは押出しコータを用いて下塗りした銅ホイル上にコートし、約９０℃〜約１５０℃の範囲の温度で約５〜約２０分間にわたって乾燥した。最終フィルム厚さを１５〜３８μｍに制御した。
【００５８】
ラミネーション：コートした銅ホイルをＶＴＡＳ処理済銅ホイル（複合誘電性材料は銅ホイル間にあった）に１７７℃で１時間、次に２３５℃で２時間、８００ｐｓｉ（５．５２ＭＰａ）の圧力でラミネートした。この代わりに、厚いフィルムが望ましいときは、２つの誘電体のコートされた銅フィルムをラミネートすることもできる。
【００５９】
剥離接着試験：ＩＰＣ−ＴＭ−６５０、試験方法マニュアル、２．４．８番「金属クラッドラミネートの剥離強度」の修正版に従って剥離接着試験を行った。冷却後、ラミネートした銅／誘電性複合体／銅ラミネートをまず、手で６．５”×１．２５”（約１５ｃｍ×３ｃｍ）にカットし、さらに、スウィング−アルバートインスツルメントカンパニー（ペンシルバニア州フィラデルフィア）（Ｔｈｗｉｎｇ−Ａｌｂｅｒｔ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）製ＪＤＣ精密試料カッターを用いて６．５”×１”（約１５ｃｍ×２．５ｃｍ）へとトリミングした。試験試料を直径６”のアルミニウムホイール固定具へとインストロン（ＩＮＳＴＲＯＮ）型引張り試験機にて６．５”×１”（約１５ｃｍ×２．５ｃｍ）の３Ｍスコッチ（ＳＣＯＴＣＨ）商標ＶＨＢテープを用いてプレスした。試験試料の一端を持ち上げ、可動クロスヘッドへ固定した。剥離試験を２ｉｎ／分（約５ｃｍ／分）固定移動速度で行った。１Ｈｚのサンプリング速度で剥離データを集め、データ平均は一般的に２．５”（約６ｃｍ）の剥離距離について行った。
【００６０】
特性および結果
表２に、フィラー含量の関数としての複合誘電性材料（無機フィラーとして処理済みＳｉＯ２を含有）のＣＴＥを示す。複合誘電性材料のライナへのコーティングおよび１時間にわたる異なる温度での誘電性材料の硬化後測定を行った。測定は、複合誘電性材料の自立形フィルムで行った。樹脂と得られたＣＴＥの間の関係はほとんど直線である。
【００６１】
表２
ＳｉＯ２フィラー含量の関数としてのＳｉＯ２充填誘電性複合材料のＣＴＥ
2006527920.tif 000004
【００６２】
表３に、本発明のＳｉＯ２誘電性複合材料のフィラー含量と銅への接着力の関係を記す。表３および４に、フィラー充填レベルの関数としてのＳｉＯ２誘電性複合材料についての特定の接着力データを示す。
【００６３】
薄い銅基板への材料の接着力が、特に、厚さ５μｍ未満の基板のものについて、電子パッケージに必要であるが、難しい。処理済ＳｉＯ２誘電性複合材料の銅ホイルへの接着力に関して、各銅基板は異なる剥離強度および接着破壊モードを示した。通常、増加量のフィラーを強化ＢＣＢ樹脂に組み込むと銅への接着力にマイナスの影響を与える。シランの影響（種類、厚さ、焼成温度）は、異なる銅表面で変化した。ＶＴＡＳやＡＰＳのような特定のシランプライマーは、銅のＳｉＯ２誘電性複合材材料への接着力の改善に有効であり、接着破壊モードより遥かに好ましい「凝集」破壊モードとなる。
【００６４】
表３
複合誘電性材料の未処理のＳｉＯ２フィラー含量と１８μｍのＪＴＣ銅（Ｃｒ／Ｚｎエポキシシラン表面処理）に対する接着力の関係
2006527920.tif 000005
【００６５】
表４
誘電性複合材料の処理済みＳｉＯ２フィラー含量と３０μｍのアルミニウムバッキングを備えた５μｍのメットホイル（Ｍｅｔｆｏｉｌｓ）（亜鉛リッチ表面処理）に対する関係
2006527920.tif 000006
＊銅が下塗りされておらず、フィラー含量が約７０％の場合には、剥離強度は約０．６ｌｂ／ｉｎ（０．１１Ｎ／ｍｍ）となる。
「コート側」とは、複合誘電性分散液が元々コートされた（および乾燥された）銅表面のことを指す。
「ラミネート側」とは、乾燥した誘電体（コート側）がラミネートされた銅表面のことを指す。
【００６６】
処理済ＳｉＯ２充填強化ＢＣＢ複合樹脂系（ＢＣＢ−ＳｉＯ２）と比較した元の修正していないＢＣＢ樹脂と強化ＢＣＢ出発樹脂の主要な機械的および電気的特性を表５にまとめてある。これらの特性としては、リストした様々な材料の異方性ＣＴＥ、誘電率（Ｄｋ）、誘電損（損失係数）およびパーセント破断伸びが挙げられる。誘電率は９．３ＧＨｚで測定した。
【００６７】
誘電性測定は、公知のスプリットポスト誘電および磁気共振器技術を用いて自立形誘電性フィルムで行った。試験する薄い材料またはフィルムを２つの固定誘電性共振器の間に挿入した。共振器は試料面で誘電率コンポーネントを測定した。スプリットポスト共振器を用いて低ギガヘルツ領域において約１．１ＧＨｚ〜約３５ＧＨｚまで誘電性測定を行う。
【００６８】
誘電性複合材料についてより高い伸び（２％を超える）を持たせるためには、元の樹脂について約２５％を超える伸びを有するのが有用である。
【００６９】
表５
誘電性複合材料の成分の材料特性の比較
2006527920.tif 000007
【００７０】
図面および詳細な説明は限定するものではなく例証のためであり、開示された特定の形態および実施例に本発明を限定するものではない。逆に、本発明は、本発明の技術思想および範囲から逸脱することなく、以下の特許請求の範囲により定義されているように、さらなる修正、変更、再構成、置き換え、代替、設計選択および当業者に明白な実施形態を含む。このように、以下の特許請求の範囲は、さらなる修正、変更、再構成、置き換え、代替、設計選択および実施形態の全てを包含するものと解釈するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】多層相互接続基板の概略図である。
【図２】ダイ取付け表面とボード取付け表面を備えた多層相互接続基板の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2006527920.tif 000012
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