(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
段差を有する配線導体層を形成した絶縁基体上に、沸点が第１の温度の第１溶剤および沸点が前記第１の温度よりも高い第２の温度の第２溶剤に有機絶縁樹脂を溶解させた溶液を塗布し、流動性を保った状態で前記第２の温度より低い温度で前記第１溶剤を蒸発させて仮硬化させた後、前記第２の温度より高い温度で硬化させて、前記有機絶縁樹脂から成る絶縁層を得ることを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項２】
絶縁基体上に絶縁層と段差を有する配線導体層とを交互に繰り返し積層した多層回路基板の製造方法であって、
沸点が第１の温度の第１溶剤および沸点が前記第１の温度よりも高い第２の温度の第２溶剤に有機絶縁樹脂を溶解させた溶液を塗布し、流動性を保った状態で前記第２の温度より低い温度で前記第１溶剤を蒸発させて仮硬化させた後、前記第２の温度より高い温度で硬化させて、前記有機絶縁樹脂から成る前記絶縁層を得ることを特徴とする多層回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線導体層とともに積層して電子回路部品や半導体素子収納用パッケージ等に使用される配線基板を構成するのに好適な絶縁層の形成方法に関し、特に、層表面の平坦性に優れた絶縁層の形成方法に関するものである。
【０００２】
また本発明は、上記形成方法により形成した絶縁層を具備する、チップ実装性および高周波特性に優れ、高密度配線が可能な配線基板に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、電子回路部品や半導体素子収納用パッケージ等に使用される配線基板としては、例えばセラミック基板またはガラスエポキシ基板等の絶縁支持基板上に有機絶縁樹脂の溶液を塗布して絶縁層を形成し、これに銅等の金属導体を真空蒸着法やメッキ法等により形成して、あるいは銅箔等を接着剤により接合させて、フォトリソグラフィ法により電気配線用の配線導体層を形成して成る配線基板が用いられている。また、このような絶縁層と配線導体層との積層を交互に繰り返すことにより多層回路を形成することが行なわれている。
【０００４】
このような配線基板において絶縁層を形成するための有機絶縁樹脂の溶液としては、例えばポリイミド樹脂やベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）樹脂・ノルボルネン系樹脂等の樹脂材料を用いて、これらの樹脂材料をメシチレンや酢酸ブチル・トルエン・Ｎ−メチルピロリドン等の溶剤の内の１種類の溶剤に溶解させて調製され、これを用いて絶縁層を形成するための塗布が行なわれている。
【０００５】
一方、近年に至り電子回路部品の高速化・高集積化が進むにつれて、配線基板に対しても高速化・多層化・小型化・薄型化・高密度化に対する要求がますます高まっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように有機絶縁樹脂を１種類の溶剤に溶解させて溶液化したものを用いた絶縁層では、以下に述べるような問題点があった。これについて図面を参照しつつ説明する。
【０００７】
図５（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ従来の有機絶縁材料を用いて多層回路基板としての配線基板を作製する工程の例を示す断面図である。図５において、１は絶縁基体、２は配線導体層、３’は有機絶縁樹脂を１種類の溶剤に溶解させ溶液化したものを用いて成る絶縁層、４は配線基板上に実装される半導体チップである。
【０００８】
また図２は、有機絶縁樹脂の溶液（有機絶縁樹脂材料）における、固形分濃度に対する粘度の関係を示す線図である。図２において、横軸は有機絶縁樹脂の固形分量（単位：重量％）を、縦軸は溶液粘度（任意単位）を示す。これらの値は用いる有機絶縁樹脂および溶剤の種類により種々の値となる。
【０００９】
まず、図５（ａ）に示すように絶縁基体１上に所定パターンの配線導体層２を形成する。次に、図５（ｂ）に示すようにこの上に絶縁層３’となる有機絶縁樹脂の溶液を塗布し、その後溶剤を蒸発させ有機絶縁樹脂を硬化させることにより、図５（ｃ）に示すように絶縁基体１上に形成された絶縁層３’を得る。
【００１０】
このとき、従来の１種類の溶剤（仮に溶剤Ａ’とする）からなる有機絶縁樹脂材料を用いる場合は、図２に示すように、同図中に点▲１▼で示した固形分のみの粘度から、溶剤Ａ’により点▲３▼まで粘度が下げられており、絶縁基体１上に形成した配線導体層２上に有機絶縁樹脂材料を塗布した後の溶剤Ａ’を蒸発させる工程（図５（ｂ）〜（ｃ））において、溶剤Ａ’の沸点付近の温度において溶剤Ａ’が急激に蒸発するため、溶剤Ａ’の蒸発に伴い絶縁層３’が層厚方向に収縮し、層厚が減少することとなる。また、この沸点付近の温度において溶剤Ａ’が急激に蒸発することにより、有機絶縁樹脂を溶解させた溶液の流動性が急激に低下することとなる。その結果、絶縁層３’の層表面は、溶液の塗布直後において平坦であった表面状態から、配線導体層２の段差を反映した表面状態になってしまい、図５（ｄ）に示すように、これを多層化して作製した配線基板の表面の平坦性が悪いものとなり、これに半導体チップ４を実装すると接続不良や信頼性の低下を生じてしまうという問題点があった。また、絶縁層３’表面の平坦性が悪いため、配線導体層２の高密度配線化を妨げる等の問題を発生させてしまうという問題点もあった。
【００１１】
この対策として、溶液中の溶剤Ａ’の割合を少なく、すなわち固形分量を多くすることで溶剤Ａ’の蒸発に伴う絶縁層３’の層厚方向の収縮割合を小さくする方法が行なわれているが、溶液の粘度増加による塗布性の低下や有機絶縁樹脂材料の利用割合の低下等の問題が残されてしまうという問題点があった。
【００１２】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、配線導体層とともに積層して電子回路部品や半導体素子収納用パッケージ等に使用される配線基板を構成するのに好適な、層表面の平坦性に優れた有機絶縁樹脂から成る絶縁層を得た配線基板の製造方法を提供することにある。
【００１３】
また本発明の目的は、表面の平坦性に優れた有機絶縁樹脂から成る絶縁層を具備した、チップ実装性および高周波特性に優れ、高密度配線が可能な、電子回路部品や半導体素子収納用パッケージ等に使用される配線基板を構成するのに好適な配線基板の製造方法及び多層回路基板の製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の問題点を解決すべく絶縁層の材料に関して種々の実験を行ない検討を重ねた結果、有機絶縁樹脂の溶液の溶剤を、沸点の異なる複数の溶剤から成るものとすることにより、それを用いて形成した絶縁層を層表面の平坦性に優れるものとすることができることを知見し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
本発明の配線基板の製造方法は、段差を有する配線導体層を形成した絶縁基体上に、沸点が第１の温度の第１溶剤および沸点が前記第１の温度よりも高い第２の温度の第２溶剤に有機絶縁樹脂を溶解させた溶液を塗布し、流動性を保った状態で前記第２の温度より低い温度で前記第１溶剤を蒸発させて仮硬化させた後、前記第２の温度より高い温度で硬化させて、前記有機絶縁樹脂から成る絶縁層を得ることを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の配線基板の製造方法について、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明の配線基板を作製する工程を説明するための工程毎の断面図である。図１において、１は絶縁基体、２は配線導体層、３は本発明の形成方法により形成される有機絶縁樹脂から成る絶縁層、４は配線基板に実装される半導体チップである。
【００１９】
ここで、絶縁層３は、沸点が第１の温度の第１溶剤および沸点がこの第１の温度よりも高い第２の温度の第２溶剤に有機絶縁樹脂を溶解させた溶液を塗布し、第２の温度より低い温度で第１溶剤を蒸発させて仮硬化させた後、第２の温度より高い温度で硬化させて形成されるものである。
【００２０】
まず、図１（ａ）に示すように絶縁基体１上に所定パターンの配線導体層２を形成する。次に、図１（ｂ）に示すようにこの上に本発明による絶縁層３となる有機絶縁樹脂の溶液を塗布し、その後溶剤を蒸発させ有機絶縁樹脂を硬化させることにより、図１（ｃ）に示すように絶縁基体１上に形成された絶縁層３を得る。
【００２１】
このとき、沸点が第２の温度の第２溶剤（以下、溶剤Ａとも記す）および沸点が第２の温度よりも低い第１の温度の第１溶剤（以下、溶剤Ｂとも記す）、すなわち溶剤Ａおよび沸点が溶剤Ａより低い溶剤Ｂを用いて有機絶縁樹脂を溶解させて得た溶液を用いて絶縁層３を形成していることから、図２に示すように、同図中に点▲１▼で示す固形分のみの粘度から、溶剤Ａにより点▲２▼まで粘度が下げられ、溶剤Ｂにより点▲３▼まで粘度が下げられており、絶縁基体１上に形成した配線導体層２上に有機絶縁樹脂材料を塗布した後の溶剤を蒸発させる工程（図１（ｂ）〜（ｃ））において、まず溶剤Ａの沸点より低い温度で低沸点溶剤である溶剤Ｂを蒸発させて仮硬化させる。この場合も溶剤Ｂの蒸発に伴い絶縁層３の層厚方向の収縮は発生するが、溶液中の高沸点溶剤である溶剤Ａが残留しているため、有機絶縁樹脂材料の流動性は保たれ、溶剤Ｂの蒸発に伴う層厚方向の収縮による絶縁層３表面の平坦性の低下を極めて小さく抑制できる。このため、仮硬化後の有機絶縁樹脂材料の状態は、溶剤Ａを用いた実質的に高固形分濃度の有機絶縁樹脂材料を塗布した状態と同等なものとなり、その後、溶剤Ａの沸点より高い温度で硬化させたときに、良好な平坦性を維持した絶縁層３を形成することができるものとなる。その結果、塗布直後において平坦であった絶縁層３となる有機絶縁樹脂材料の表面状態が、絶縁層３形成のためのプリベークやキュア工程を行なった後も良好に保持されることとなり、図１（ｄ）に示すように、これを多層化して形成した配線基板に半導体チップ４を実装する際においても絶縁層３表面すなわち配線基板表面の平坦性が良好であるため接続不良が生じることなく、配線導体層２の接続信頼性とともに半導体チップ４との接続信頼性も向上し、また、配線導体層２の高密度配線化も可能となる。
【００２２】
さらに、上述の絶縁層の形成方法によれば、沸点が第２の温度の第２溶剤（溶剤Ａ）および沸点が第２の温度よりも低い第１の温度の第１溶剤（溶剤Ｂ）を用いて有機絶縁樹脂を溶解させて得た溶液から成る有機絶縁樹脂材料においては、溶剤Ａを用いた実質的に高固形分濃度の有機絶縁材料に溶剤Ｂを溶解させた状態であるため、従来のように１種類の溶剤を用いた溶液に比べて溶液の粘度を増加させることはなく、塗布等の作業性を低下させることはない。また、実質的に高固形分濃度の有機絶縁樹脂材料を低粘度で塗布することとなるため、例えばスピンコーティングの回転数をより下げることが可能であるため、従来の溶液に比べて有機絶縁樹脂の利用割合の低下を発生することもない。
【００２３】
本発明に係る絶縁層に用いられる有機絶縁樹脂としては、電気回路基板の層間絶縁層として用いられる一般的な有機材料については全て用いることができ、例えば、ポリイミド樹脂・エポキシ樹脂・ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）樹脂・ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂・ビスマレイミド−トリアジン（ＢＴ）樹脂・アラミド樹脂・ポリキノリン樹脂・ポリエチレン樹脂・ポリテトラフルオロエチレン（ＰＣＴＥＥ）樹脂・パーフルオロエチレン−プロピレン（ＦＥＰ）樹脂・パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）樹脂・テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂・ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）樹脂・ポリオレフィン樹脂・シアネート系樹脂・マレイミド系樹脂・ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂・ポリキノリン樹脂・ビスアリルナジイミド樹脂・ノルボルネン系樹脂・ポリパラバン酸樹脂等の樹脂材料が挙げられる。
【００２４】
また、本発明に係る第１溶剤および第２溶剤に用いる溶剤としては、これらの有機絶縁樹脂に用いられる溶剤は全て用いることができ、例えば、メシチレン・酢酸ブチル・トルエン・ブチルメチルケトン・酢酸メチル・メチルエチルケトン・Ｎ−メチルピロリドン・クレゾール・トリスパーフルオロブチルアミン・塩化メチレン・四塩化炭素・クロロホルム・トルエン・ニトロベンゼン・ジメチルアセトアミド・バートレル・トリクロロトリフルオロエタン・トリクロロエチレン・トリクロロエタン・テトラクロロエタン・メチルアルコール・エチルアルコール・イソプロピルアルコール・テトラヒドロフラン・アセトン・メチルエチルケトン・ジメチルホルムアミド・キシレン等の溶剤が挙げられる。
【００２５】
ここで、これらの溶剤の沸点は、メシチレンが164 ℃、酢酸ブチルが126 ℃、トルエンが110 ℃、ブチルメチルケトンが127 ℃、酢酸メチルが57℃、メチルエチルケトンが79.6℃、Ｎ−メチルピロリドンが204 ℃、クレゾールが203 ℃、トリスパーフルオロブチルアミンが174 ℃、塩化メチレンが39.9℃、四塩化炭素が76.7℃、クロロホルムが61.2℃、トルエンが110.6 ℃、ニトロベンゼンが210.9 ℃、トリクロロトリフルオロエタンが47.5℃、トリクロロエチレンが86.9℃、トリクロロエタンが74.1℃、テトラクロロエタンが121.0 ℃、メチルアルコールが64.5℃、エチルアルコールが78.4℃、イソプロピルアルコールが82.4℃、テトラヒドロフランが66.0℃、アセトンが56.1℃、メチルエチルケトンが79.6℃、ジメチルホルムアミドが153.0 ℃、キシレンが100 ℃である。
【００２６】
上述の絶縁層の形成方法に用いる有機絶縁樹脂ならびに第１溶剤および第２溶剤としては、上記の有機絶縁樹脂から１つあるいは複数を選択し、これを溶解して溶液を調製することができる溶剤の中から沸点の異なるものを複数選択し、第１または第２溶剤としてこれらを混合すればよい。この際、第１温度と第２温度との差は、仮硬化を行なう装置や方法等により変えるものであるが、例えば10℃以上とし、高沸点溶剤による流動性の効果をさらに高めるためには50℃以上とすればよい。
【００２７】
なお、溶液（有機絶縁樹脂材料）における有機絶縁樹脂と第１および第２溶剤との混合割合は、これを塗布して形成する絶縁層の厚み等に応じて適宜選択すればよい。
【００２８】
また、第１溶剤に比べて第２溶剤が少な過ぎる場合には第１溶剤蒸発後の第２溶剤の残留割合が少なくなり、流動性が保持されにくくなる。また反対に、第１溶剤に比べて第２溶剤が多過ぎる場合には実質的に高固形分濃度の有機絶縁樹脂材料を塗布した効果が小さくなる。このため、第１溶剤と第２溶剤との混合割合は、２０重量％：８０重量％から８０重量％：２０重量％の範囲とすることが好ましく、より好適には４０重量％：６０重量％から６０重量％：４０重量％の範囲とすればよい。
【００２９】
【実施例】
次に、本発明の配線基板の製造方法および多層配線基板の製造方法の実施例を示す。
【００３０】
まず、比較例の有機絶縁樹脂材料Ａとして、有機絶縁樹脂としてポリイミド、溶剤としてＮ−メチルピロリドン（沸点204 ℃）を用い、ポリイミドの重量比が20重量％、Ｎ−メチルピロリドンの重量比が80重量％となるように混合した。このとき、有機絶縁樹脂材料Ａの粘度は、図３に示すように、約450 ｃｐであった。なお、図３は有機絶縁樹脂材料の固形分量に対する粘度の変化の例を示す線図であり、横軸は有機絶縁樹脂材料中の有機絶縁樹脂の固形分量（単位：重量％）を、縦軸は有機絶縁樹脂材料の粘度（単位：ｃｐ）を表し、特性曲線および黒四角で表した測定点は、粘度の変化の様子を示している。
【００３１】
この有機絶縁樹脂材料Ａを、あらかじめＣｕから成る厚さ2.2 μｍの配線導体層を形成したシリコン基板上にスピンコーティングにより塗布し、80℃のクリーンオーブンにて30分ベークし溶剤を蒸発させて仮硬化させた後、300 ℃にて硬化させ、絶縁層を形成した。
【００３２】
続いて、本発明に係る絶縁層を形成する有機絶縁樹脂材料Ｂとして、樹脂材料としてポリイミド、溶剤としてＮ−メチルピロリドン（沸点204℃）およびキシレン（沸点100℃）を用い、ポリイミドの重量比が20重量％、Ｎ−メチルピロリドンの重量比が40重量％、キシレンの重量比が40重量％になるように混合した。このとき、有機絶縁樹脂材料Ｂの粘度も、図３に示すように、約450ｃｐであった。
【００３３】
次に、この有機絶縁樹脂材料Ｂを、あらかじめＣｕから成る厚さ2.2 μｍの配線導体層を形成したシリコン基板上にスピンコーティングにより塗布し、80℃のクリーンオーブンにて30分ベークし溶剤を蒸発させて仮硬化させた後、300 ℃にて硬化させ、絶縁層を形成した。
【００３４】
これらの絶縁層について、触針式表面形状測定機にて絶縁層表面の形状を測定したところ、図４に示すような結果を得た。図４は、有機絶縁樹脂材料ＡおよびＢを用いて形成した絶縁層表面の断面形状を示す線図であり、横軸はシリコン基板上の測定長さ（単位：ｍｍ）を、縦軸は表面形状（単位：μｍ）を表し、特性曲線はそれぞれの絶縁層の表面形状を示している。また、同図中には、配線導体層の表面形状も併せて示した。
【００３５】
図４の結果よりわかるように、有機絶縁樹脂としてポリイミドを用い、溶剤としてＮ−メチルピロリドンの１種類を用いた比較例の有機絶縁樹脂材料Ａによる絶縁層には、厚さ2.2 μｍの配線導体層上で約2.0 μｍの段差が形成されている。これに対し、有機絶縁樹脂としてポリイミドを用い、溶剤として第２溶剤であるＮ−メチルピロリドンおよび第１溶剤であるキシレンを用いた本発明の有機絶縁樹脂材料Ｂによる絶縁層には、厚さ2.2 μｍの配線導体層上でも約0.2 μｍの段差が形成されているのみであり、有機絶縁樹脂材料Ａの絶縁層に比べて絶縁層表面の平坦性は約10分の１に小さくなり良好なものとなっている。
【００３６】
また、上記の作製工程を３回繰り返し、有機絶縁樹脂材料Ａによる絶縁層を用いた多層回路基板および有機絶縁樹脂材料Ｂによる絶縁層を用いた多層回路基板を作製し、それぞれに30ヶ所の接続部を持つ半導体チップを実装した。その後、温度85℃・湿度80％下で100 時間放置の信頼性テストを行なった。その結果、有機樹脂絶縁材料Ａをによる絶縁層を用いた多層回路基板上に実装した半導体チップでは、全30ヶ所中に２ヶ所の初期接続不良が発生し、また信頼性テスト後に10ヶ所の接続不良が発生したのに対し、有機絶縁樹脂材料Ｂによる絶縁層を用いた多層回路基板上に実装した半導体チップでは、全30ヶ所中に初期接続不良は発生せず、信頼性テスト後においても接続不良は発生しなかった。
【００３７】
また、これらの多層回路基板について、マイクロストリップ線路を作製し、ネットワークアナライザを用いてＤＣから110 ＧＨｚまでの伝搬特性を測定したところ、従来の有機絶縁樹脂材料Ａを用いた場合の伝搬特性に対して、本発明の有機絶縁樹脂材料Ｂを用いた場合の伝搬特性は、約20％低損失であることが確認できた。
【００３８】
以上により、本発明によれば、表面の平坦性ならびに高周波特性に優れ、高密度配線が可能な、多層回路基板を作製するのに好適な絶縁層を形成することができ、また、この絶縁層を用いることで、表面の平坦性ならびに高周波特性に優れ高密度配線が可能な、多層回路基板の作製に好適な配線基板を得られることが確認できた。
【００３９】
なお、本発明は以上の実施の形態の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種々の変更・改良を加えることは何ら差し支えない。例えば、絶縁層を形成するための有機絶縁樹脂は複数の種類を用いて混合したものでもよく、第１溶剤および第２溶剤として、それぞれ複数の種類の溶剤を用いてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の配線基板の製造方法によれば、段差を有する配線導体層を形成した絶縁基体上に、沸点が第１の温度の第１溶剤および沸点が第１の温度よりも高い第２の温度の第２溶剤に有機絶縁樹脂を溶解させた溶液を塗布し、流動性を保った状態で第２の温度より低い温度で第１溶剤を蒸発させて仮硬化させた後、第２の温度より高い温度で硬化させて、有機絶縁樹脂から成る絶縁層を得ることから、これにより形成される絶縁層の表面を平坦性に優れるものとすることができ、塗布直後において平坦であった絶縁層となる有機絶縁樹脂材料の表面状態がプリベークやキュア工程を行なった後も良好に保持され、これを多層化して形成した配線基板に半導体チップを実装する際においても表面の平坦性が良好であるため接続不良が生じることなく、配線導体層の接続信頼性とともに半導体チップとの接続信頼性も向上させることができ、また、配線導体層の高密度配線化も可能となる。さらに、溶液の粘度を増加させることはなく、塗布等の作業性を低下させることはなく、また、有機絶縁樹脂の利用割合を低下させることもない。
【００４１】
また本発明の配線基板の製造方法によれば、表面の平坦性ならびに高周波特性に優れ高密度配線が可能な、半導体チップの実装性が良好な多層回路基板の作製に好適な配線基板を得ることができる。
【００４２】
以上により、本発明によれば、配線導体層とともに積層して電子回路部品や半導体素子収納用パッケージ等に使用される配線基板を構成するのに好適な、層表面の平坦性に優れた有機絶縁樹脂から成る絶縁層の形成方法を提供することができた。
【００４３】
また、本発明によれば、表面の平坦性に優れた有機絶縁樹脂から成る絶縁層を具備した、チップ実装性および高周波特性に優れ、高密度配線が可能な、電子回路部品や半導体素子収納用パッケージ等に使用される配線基板を構成するのに好適な配線基板の製造方法および多層配線基板の製造方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明に係る絶縁層の形成方法およびこの絶縁層を用いて配線基板を作製する工程を説明するための工程毎の断面図である。
【図２】有機絶縁樹脂材料における固形分量に対する粘度の関係を示す線図である。
【図３】本発明の実施例における有機絶縁樹脂材料の固形分量に対する粘度の変化の例を示す線図である。
【図４】絶縁層表面の断面形状を示す線図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ従来の絶縁層の形成方法およびこの絶縁層を用いて配線基板を作製する工程を説明するための工程毎の断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基体
２：配線導体層
３：絶縁層
【図１】
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【図２】
0003934832.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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