DE69120198T2

DE69120198T2 - Mehrschichtige, gedruckte Leiterplatte und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69120198T2
Application number: DE69120198T
Authority: DE
Inventors: Hisashi Ishida
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: Kyocera Circuit Solutions Inc
Priority date: 1990-10-17
Filing date: 1991-10-16
Publication date: 1996-10-10
Anticipated expiration: 2011-10-17
Also published as: CA2053448A1; CA2053448C; DE69120198D1; US5337466A; JPH04152693A; EP0481472A1; EP0481472B1; JP2551224B2; US5382757A

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrlagenleiterplatte und ein Verfahren zu ihrer Herstellung und insbesondere eine Mehrlagenleiterplatte mit mehreren, auf die Leiterplatte auflaminierten Metalleiterlagen und Isolierschichten sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Beschreibung des Standes der Technik

In herkömmlichen Mehrlagenleiterplatten werden mehrere Dünnschichtlagen durch abwechselndes Auflaminieren von Isolierschichten (die beispielsweise aus Polyimidharz bestehen) und Metalleiterlagen auf ein Keramik-Trägersubstrat als Unterlage strukturiert.
Ferner beginnt beim Herstellungsverfahren für eine derartige Mehrlagenleiterplatte die Laminierung der Isolierschichten und der Metalleiterlagen von der untersten Lage aus, und eine Reihe von Schritten wird so lange wiederholt, bis die erforderliche Lagenzahl fertiggestellt ist.
Zu diesen herkömmlichen Herstellungsverfahren, bei denen eine Mehrlagenleiterplatte durch wiederholtes Auflaminieren von Leiterlagen und Isolierschichten auf die Platte hergestellt wird, gehört das Verfahren, das in Jenson, R.J., Cummings J.P., und Vora, H., "Copper/polyimide Materials System for High Performance Packaging" (Kupfer/Polyimid-Materialsystem für Hochleistungspackung), IEEE (1984) sowie in der US-A-4 434 544 offenbart wurde.
Da im Falle einer solchen herkömmlichen Mehrlagenleiterplatte das Keramik-Trägersubstrat und das für die Isolierschicht verwendete Polyimid unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, entsteht bei der Ausbildung mehrerer Dünnschichtlagen zur Verdrahtung am Trägersubstrat eine thermische Spannung, die zu einer Restspannung zwischen der Isolierschicht und dem Trägersubstrat führt. Diese Restspannung kann zu Fehlern führen, wie z. B. zu Rissen am Polyimidharz, einer Ablösung von der Keramik-Mehrlagenleiterplatte und einem Bruch an der Keramik-Mehrlagenleiterplatte. Mit der neueren Entwicklung zu einer höheren Montagedichte ergibt sich außerdem eine Tendenz zu einer größeren Schichtdicke der mehreren Dünnschichtlagen für die Verdrahtung, die aus einer Polyimidisolierschicht und einer Metalleiterlage bestehen. Je größer die Schichtdicke wird, desto mehr wächst die obige Restspannung, und die obenerwähnten Fehler, wie z. B. Risse am Polyimidharz und Ablösung und Bruch an der Keramik-Mehrlagenleiterplatte, werden schwerwiegender.
Außerdem beginnt beim herkömmlichen Verfahren zur Herstellung einer Mehrlagenleiterplatte die Fertigung zunächst mit der untersten Lage, und eine Reihe von Schritten zum Laminieren von Isolierschichten und Metalleiterlagen wird so lange wiederholt, bis die erforderliche Lagenzahl fertiggestellt ist. Dieses Verfahren erfordert eine ziemlich lange Zeit, wenn eine große Anzahl von Dünnschichtlagen für die Verdrahtung auf dem Keramik-Trägersubstrat ausgebildet werden müssen. Außerdem besteht die Möglichkeit einer schlechteren Ausbeute, da im Verlauf einer langen Fertigungszeit unerwartete Defekte auftreten können.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Mehrlagenleiterplatte und ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu schaffen, die Probleme wie z. B. Risse des Polyimidharzes und Ablösung und Bruch an der Keramik-Mehrlagenleiterplatte reduzieren und eine kürzere Fertigungszeit realisieren können.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe weist das Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Mehrlagenleiterplatte auf: einen Prozeß, bei dem eine Metalleiterlage und eine Isolierschicht auf beide Seiten eines Keramiksubstrats auflaminiert werden, das in vorgegebenen Positionen Durchgangsbohrungen zur Ausbildung einer durch die obigen Durchgangsbohrungen elektrisch verbundenen Mehrlagenverdrahtung bzw. Mehrlagenstruktur aufweist, einen Prozeß zur Ausbildung einer Mehrlagenstruktur durch Auflaminieren einer Metalleiterlage und einer Isolierschicht auf das Trägersubstrat, sowie einen Prozeß, bei dem das obige Substrat auf das Trägersubstrat aufgelegt und die Substrate unter Druck- und Hitzeeinwirkung verpreßt werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält ferner der Prozeß zur Ausbildung einer Mehrlagenstruktur auf einem Keramiksubstrat eine abwechselnde Laminierung von Leiterlagen und Isolierschichten auf beide Seiten der Keramikplatte zur Ausbildung einer Mehrlagenstruktur.
Außerdem weist das Herstellungsverfahren für eine erfindungsgemäße Mehrlagenstruktur auf: einen Prozeß, bei dem eine Metalleiterlage und eine Isolierschicht auf beide Seiten eines Keramiksubstrats auflaminiert werden, das in vorgegebenen Positionen Durchgangsbohrungen zur Ausbildung einer durch die obigen Durchgangsbohrungen elektrisch verbundenen Mehrlagenstruktur aufweist, einen Prozeß zur Ausbildung einer Mehrlagenstruktur durch Auflaminieren einer Metalleiterlage und einer Isolierschicht auf das Trägersubstrat, einen Prozeß, bei dem das obige Substrat auf das Trägersubstrat aufgelegt wird und die Substrate unter Druck- und Hitzeeinwirkung verpreßt werden, sowie einen Prozeß, bei dem andere Keramiksubstrate mit Mehrlagenstrukturen eines nach dem anderen auf die obigen verpreßten Keramiksubstrate aufgelegt und wiederum unter Druck- und Hitzeeinwirkung verpreßt werden.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Herstellungsverfahren für eine erfindungsgemäße Mehrlagenleiterplatte auf:
einen Prozeß, bei dem Mehrlagenstrukturen auf beiden Seiten eines Keramiksubstrats mit Durchgangsbohrungen in vorgegebenen Positionen ausgebildet werden, wobei der Prozeß seinerseits aufweist:
einen Schritt zur Ausbildung einer Verbindungsleiterlage zur gegenseitigen Verbindung beider Seiten des Keramiksubstrats durch Durchgangsbohrungen,
einen Schritt zur Ausbildung einer Isolierschicht auf der Verbindungsleiterlage,
einen Schritt zur Ausbildung einer Signalleiterlage auf der Isolierschicht zur Verbindung mit der obenerwähnten Ver bindungsleiterlage,
einen Schritt zur Ausbildung eines Verbindungsbondhügels auf der Signalleiterlage und
einen Schritt zum Aufbringen eines Polyimid-Vorläufers auf den Verbindungsbondhügel; und
einen Prozeß, bei dem eine Leiterlage und eine Isolierschicht auf das Trägersubstrat auflaminiert werden, wobei der Prozeß aufweist:
einen Schritt zur Ausbildung einer Verbindungsleiterlage auf dem obenerwähnten Trägersubstrat,
einen Schritt zur Ausbildung einer Isolierschicht auf der Verbindungsleiterlage,
einen Schritt zur Ausbildung einer Signalleiterlage auf der Isolierschicht zur Verbindung mit der Verbindungsleiterlage,
einen Schritt zur Ausbildung eines Verbindungsbondhügels an der Signalleiterlage,
einen Schritt zum Aufbringen eines Polyimid-Vorläufers auf den Verbindungsbondhügel und
einen Schritt zum Verpressen des Keramiksubstrats mit den Leiterlagen und des Trägersubstrats, die unter Druck- und Hitzeeinwirkung zusammengefügt werden.
Es wird eine erfindungsgemäße Mehrlagenleiterplatte zur Lösung der obigen Aufgabe mit einem Trägersubstrat, mehreren durch Auflaminieren von Leiterlagen und Isolierschichten auf das Trägersubstrat entstandenen Mehrlagenstrukturen und einem Keramiksubstrat geschaffen, das mit Durchgangsbohrungen zur elektrischen Verbindung von Mehrlagenstrukturen versehen ist und zwischen einem Paar Mehrlagenstrukturen eingesetzt wird.
Andere und zusätzliche Aufgaben und Auswirkungen der Erfindung werden genauer aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer Mehrlagenleiterplatte nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2A bis 2E zeigen ein Fertigungsverfahren zur Ausbildung einer Mehrlagenstruktur auf beiden Seiten eines Keramiksubstrats nach einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3A bis 3E zeigen ein Fertigungsverfahren zur Ausbildung einer Mehrlagenstruktur auf einem Keramik-Trägersubstrat nach einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 4A bis 4E zeigen ein Fertigungsverfahren zur Ausbildung einer Mehrlagenstruktur auf einem Keramik-Trägersubstrat nach einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 zeigt ein Fertigungsverfahren, bei dem der in Fig. 2 dargestellte Keramik-Substratblock und der in Fig. 4 dargestellte Keramik-Trägersubstratblock laminiert werden; und
Fig. 6 zeigt das Endbearbeitungsverfahren für eine Mehrlagenleiterplatte nach einem Ausführungsbeispiel.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Gemäß Fig. 1 besteht eine Mehrlagenleiterplatte nach diesem Ausführungsbeispiel aus einem Keramik-Trägersubstrat 11 als Unterlage, darauf aufgebrachten Mehrlagenstrukturen 12a bis 12c und Keramiksubstraten 13a und 13b, die zwischen die obigen Mehrlagenstrukturen 12a und 12b bzw. 12b und 12c geschichtet sind.
Ein Keramik-Trägersubstrat 11 ist ein gleichzeitig gebranntes Tonerdekeramiksubstrat mit einer Innenleiterlage aus Metall, wie z. B. aus Molybdän, das an der Rückseite mit E/A- Stiften 111 für Signale und Stromversorgung ausgestattet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Keramik-Trägersubstrat 11 mit Abmessungen von 100 mm x 100 mm und einer Dicke von 3 mm verwendet.
Die Mehrlagenstrukturen 12a und 12b werden durch Auflaminieren von Signalleiterlagen 121, Polyimid-Isolierschichten 122, Erdungs- und Verbindungslagen 123, Verbindungsbondhügeln 124 und zusätzlich polymerisiertem Polyimid 125 strukturiert. Die Signalleiterlage 121 besteht aus galvanisch vergoldeten Leiterzügen mit einer Breite von 25 µm und einer Dicke von 7 µm. Leiterzüge in X-Richtung und in Y-Richtung bilden ein Signalleiterlagenpaar. Das Auflaminieren von Erdungs- und Verbindungslagen 123 auf die obere und die untere Seite der Signalleiterlage dient zur Impedanzeinstellung und zur Verminderung des Kreuzkopplungsrauschens.
Die Polyimid-Isolierschicht 122 besteht aus Polyimidharz. Zu den hier verwendbaren Polyimidharzen gehören ein Produkt von der Hitachi Chemical Co., Ltd. mit der Bezeichnung "PIQ", ein Produkt von Du Pont mit der Bezeichnung "PYRALIN", ein Produkt von Toray Industries, Inc. mit der Bezeichnung "Semicofine" für nicht fotoempfindliche Harze sowie ein Produkt von der Hitachi Chemical mit der Bezeichnung "PL-1200", ein Produkt von Du Pont mit der Bezeichnung "PI-2702D", ein Produkt von Toray mit der Bezeichnung "Photonese" und ein Produkt von der Asahi Chemical Industry mit der Bezeichnung "PIMEL" für fotoempfindliche Polyimidharze. Diese Polyimid-Isolierschicht 122 bewirkt, daß die Schichtdicke zwischen der Signalleiterlage 121 und der Erdungs- und Verbindungslage 123 20 µm beträgt. Für die Isolierschicht wird in diesem Ausführungsbeispiel ein Polyimidharz verwendet, sie kann aber auch aus irgendeinem anderen organischen Harz bestehen.
Die Signalleiterlagen 121 werden durch den Verbindungsbondhügel 124 in dem zusätzlich polymerisierten Polyimid 125 elektrisch miteinander verbunden. Dieser Verbindungsbondhügel 124 hat eine Fläche von 25 bis 300 µm² und ist 5 bis 50 µm dick.
Die Mehrlagenstruktur 12c an der Oberseite ist mit Verbindungsbondinseln 126 zum Verbinden der Polyimid-Isolierschicht 122 und der Erdungs- und Verbindungslage 123 mit einem LSI-Chip oder anderen Bauelementen versehen. Wenn z. B. für das Verlöten mit dem Bondhügel eines Chipträgers, der einen LSI-Chip enthält, eutektisches Sn-Pb-Lot verwendet wird, dann wird die Verbindungsbondinsel 126 verkupfert, um zu verhindem, daß die Bondinsel durch das Sn-Pb-Lot beeinflußt wird.
Die zwischen den Mehrlagenstrukturen 12a und 12b bzw. 12b und 12c angeordneten Keramiksubstrate 13a bzw. 13b sind in vorgegebenen Positionen mit einer großen Anzahl von Durchgangsbohrungen 131 versehen. Die Erdungs- und Verbindungslagen 123 der Mehrlagenstrukturen 12a bis 12c sind durch diese Durchgangsbohrungen 131 hindurch elektrisch miteinander verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Keramiksubstrate 13a und 13b 0,5 mm dick.
Da der Wärmeausdehnungskoeffizient des Polyimidharzes, das für die Polyimid-Isolierschicht 122 der Mehrlagenstrukturen 12a bis 12c verwendet wird, größer ist als derjenige, der für das Substrat verwendeten Keramik, führt die Wärmespannung, die während des Laminierungsprozesses auf die Substrate einwirkt, zur Entstehung einer Restspannung zwischen der Isolierschicht und dem Substrat. Dies ist besonders offensichtlich in der Nähe der Polyimid-Isolierschicht 122. Eine solche Restspannung führt dazu, daß die Polyimid-Isolierschicht 122 einen Zug auf das Keramik-Trägersubstrat 11 ausübt. Je größer die Schichtdicke der Polyimid-Isolierschicht 122, desto stärker wächst die Restspannung.
Wie oben beschrieben, sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Mehrlagenstrukturen 12a und 12b in einer Schichtanordnung mit dem Keramik-Trägersubstrat 11 und den Keramiksubstraten 13a und 13b aufgebaut. Die in der Nähe der Polyimid-Isolierschicht 122 erzeugte Restspannung beeinflußt nicht nur das Keramik-Trägersubstrat 11, sondem wird auch durch die oberen und unteren Keramiksubstrate 13a und 13b absorbiert. Entsprechend entsteht eine Restspannung zwischen der Mehrlagenstruktur 12b und dem Keramiksubstrat 13a oder 13b. Ein großer Anteil der Restspannung, die in der Nähe der Mehrlagen struktur 12b entsteht, wird durch die Keramiksubstrate 13a und 13b absorbiert.
Herkömmlicherweise werden Mehrlagenstrukturen durch Auflaminieren von Polyimid-Isolierschichten und Leiterlagen mittels Wiederholung einer Reihe von Prozessen ausgebildet. Wenn die Dicke einer solchen Verdrahtung 300 µm übersteigt, kann die Haftfestigkeit zwischen dem Keramik-Trägersubstrat und der Isolierschicht der in der Nachbarschaft entstandenen Restspannung nicht mehr widerstehen, was zu einer Ablösung der Isolierschicht vom Keramik-Trägersubstrat, zu Rissen oder Brüchen am Keramik-Trägersubstrat führt.
Im Gegensatz dazu weist das vorliegende Ausführungsbeispiel eine Struktur auf, in der die Keramiksubstrate 13a und 13b eingefügt werden, um die oben beschriebene Restspannung zu absorbieren. Dadurch wird die am Keramik-Trägersubstrat 11 angreifende Restspannung verringert, und die Probleme, wie z. B. das Ablösen der Isolierschicht vom Keramik-Trrgersubstrat 11, Risse und Brüche am Keramik-Trägersubstrat 11, werden verhindert. Daher ist es unwahrscheinlich, daß selbst bei einer vergrößerten Lagenzahl, die für die neuere Konstruktion mit hochdichtem Schaltungsaufbau erforderlich ist, die in der Nähe der Dünnschicht erzeugte Restspannung zu Problemen führt.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 ein Herstellungsverfahren für eine Mehrlagenleiterplatte nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Für eine Mehrlagenleiterplatte nach diesem Ausführungsbeispiel wird durch Auflaminieren von Erdungs- und Verbindungslagen 123, von Polyimid-Isolierschichten 122, Signalleiterlagen 121 und Verbindungsbondhügeln 124 auf beide Seiten eines Keramiksubstrats 13a ein Block 31 ausgebildet; durch Auflaminieren von Erdungs- und Verbindungslagen 123, Polyimid- Isolierschichten 122, Signalleiterlagen 121, Verbindungsbondhügeln 124 und Verbindungsbondinseln 126 auf beide Seiten eines Keramiksubstrats 13b wird ein anderer Block 32 ausgebildet, und ein weiterer Block 33 wird mit einer Erdungs- und Verbindungslage 123, einer Polyimid-Isolierschicht 122, einer Signalleiterlage 121 und einem Verbindungsbondhügel 124 auf einem Keramik-Trägersubstrat 11 ausgebildet. Die entstandenen Blöcke 31 bis 33 werden aufeinandergelegt und verpreßt, um eine Mehrlagenleiterplatte herzustellen. Jeder Block wird bei der Fertigstellung elektrisch geprüft, so daß für den nächsten Prozeß nur gute Blöcke ausgewählt werden. In den folgenden Fertigungsprozessen wird fotoempfindliches Polyimid als Polyimidharz verwendet, und als Metall für die Leiterlage wird Gold verwendet.
Fig. 2A bis 2E zeigen den Fertigungsprozeß des Blocks 31, der ein Keramiksubstrat 13a enthält. Zunächst wird Bezug auf Fig. 2A genommen. An der Oberseite des Keramiksubstrats 13a, das mit Durchgangsbohrungen 131 versehen ist, wird durch Abscheiden einer gesputterten Dünnschicht, Aufbringen von Positivlack, Strukturieren mittels Fotolithografie und anschließendes Elektroplattieren der Struktur mit Gold als Plattiermaterial eine Erdungs- und Verbindungslage 123 ausgebildet. An der Unterseite des Keramiksubstrats 13a wird nach den gleichen Verfahrensschritten eine weitere Erdungs- und Verbindungslage 123 ausgebildet.
Wie aus Fig. 2B erkennbar, werden auf dem Keramiksubstrat 13a mit den darauf entstandenen Erdungs- und Verbindungslagen 123 Polyimid-Isolierschichten 122 ausgebildet. Genauer gesagt, nach Aufbringen von fotoempfindlichem Polyimidlack wird das Substrat belichtet und entwickelt, so daß in vorgegebenen Positionen Kontaktlöcher 127 ausgebildet werden, und dann ausgehärtet (Imidisierung des Polyimidlacks). Dieser Schritt wird gleichfalls auf beiden Seiten des Keramiksubstrats 13a ausgeführt.
Wie aus Fig. 2C erkennbar, wird auf der oberen und der unteren Polyimid-Isolierschicht 122 nach dem gleichen Verfahren, wie für Fig. 2A beschrieben, je eine Signalleiterlage 121 ausgebildet. Die Signalleiterlage 121 ist durch die in der Polyimid-Isolierschicht 122 angebrachten Kontaktlöcher 127 elektrisch mit der Erdungs- und Verbindungslage 123 verbunden. Die Signalleiterlage 121 wird ebenfalls auf beiden Seiten des Keramiksubstrats 13a ausgebildet.
Wie aus Fig. 2D erkennbar, wird auf der Signalleiterlage 121 ein Verbindungsbondhügel 124 für die elektrische Verbindung mit den Signalleiterlagen anderer Blöcke 32 und 33 ausgebildet. Die Ausbildung erfolgt, genauer gesagt, durch fotolithografische Strukturierung unter Verwendung von Fotolack und durch Elektroplattieren mit Gold. Die Dicke der Goldplattierung beträgt 7 µm. Dieser Verbindungsbondhügel 124 wird gleichfalls auf beiden Seiten des Keramiksubstrats 13a ausgebildet.
Wie aus Fig. 2E erkennbar, wird auf die Verbindungsbondhügel 124 zusätzlich polymerisierter Polyimid-Vorläufer 129 aufgebracht und lediglich vorgetrocknet. Damit ist der Block 31 mit dem Keramiksubstrat 13a in der Mitte des Schichtenaufbaus fertiggestellt.
Fig. 3A bis 3E zeigen den Fertigungsprozeß des Blocks 32, der ein Keramiksubstrat 13b enthält. Die in Fig. 3A und 3B gezeigten Fertigungsschritte für den Block 32 sind die gleichen wie in Fig. 2A und 2B und werden daher nicht erläutert. Wie aus Fig. 3C erkennbar, wird auf die Rückseite des Keramiksubstrats 13b ebenso wie in Fig. 2C eine Signalleiterlage 121 aufgebracht. Für die oberste Fläche des Keramiksubstrats 13b wird jedoch eine Verbindungsbondinsel 126 zur Verbindung mit einem LSI-Chip oder anderen Bauelementen auf der Polyimid-Isolierschicht 122 ausgebildet. Diese Verbindungsbondinsel 126 wird durch Verkupfern hergestellt. Wie aus Fig. 3D und 3E erkennbar, werden nur auf der Rückseite des Keramiksubstrats 13b ein Verbindungsbondhügel 124 und ein Polyimid-Vorläufer 129 nach dem gleichen Verfahren wie in Fig. 2D und 2E ausgebildet. Damit ist der Block 32 fertiggestellt.
Die obigen Schritte, die in Fig. 2A bis 2E und 3A bis 3C dargestellt sind, werden abwechselnd an der Oberseite und an der Unterseite der Keramiksubstrate 13a oder 13b ausgeführt. Ein solches abwechselndes Laminieren der Lagen dient zum Ausgleichen der Restspannung, die durch die Polyimid-Isolierschichten 122 verursacht wird und an dem Keramiksubstrat 13a oder 13b angreift. Dies führt zu einer nahezu vollständigen Beseitigung der Wölbung der Keramiksubstrate 13a und 13b und ermöglicht eine mühelose Ausrichtung der Keramiksubstrate 13a und 13b, wenn sie im abschließenden Prozeß miteinander verpreßt werden.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 4A bis 4E der Fertigungsprozeß des Blocks mit dem Keramik-Trägersubstrat 11 beschrieben. Wie zunächst aus Fig. 4A erkennbar, wird auf dem Keramik-Trägersubstrat 11 mittels Fotolithografie unter Verwendung von Fotolack eine Struktur erzeugt, und dann wird das Substrat mit Gold elektroplattiert, so daß eine Erdungs- und Verbindungslage 123 ausgebildet wird.
Wie aus Fig. 4B erkennbar, wird ein fotoempfindlicher Polyimidlack auf das Substrat aufgebracht, das so belichtet und entwickelt wird, daß in vorgegebenen Positionen Kontaktlöcher 127 entstehen, und danach ausgehärtet wird (Imidisierung des Polyimidlacks). Auf diese Weise wird eine Polyimid-Isolierschicht 122 ausgebildet.
Fig. 4C zeigt eine Signalleiterlage 121, die nach den gleichen Verfahren wie die Erdungs- und Verbindungslage 123 auf der Polyimid-Isolierschicht 122 ausgebildet wird. Die Signalleiterlage 121 ist durch die in der Polyimid-Isolierschicht 122 angebrachten Kontaktlöcher 127 elektrisch mit der Erdungs- und Verbindungslage 123 verbunden.
Wie aus Fig. 4D erkennbar, wird auf der Signalleiterlage 121 ein Verbindungsbondhügel 124 für die elektrische Verbindung mit Signalleiterlagen anderer Blöcke ausgebildet. Dieser Verbindungsbondhügel wird durch fotolithografische Strukturierung unter Verwendung von Fotolack und durch Elektroplattieren mit Gold ausgebildet.
Wie aus Fig. 4E erkennbar, wird auf die Lage des Verbindungsbondhügels 27 zusätzlich polymerisierter Polyimid-Vorläufer 129 aufgebracht und nur vorgetrocknet.
Damit ist der Block 33, der ein Keramik-Trägersubstrat 11 enthält, fertiggestellt.
Nach diesen Prozessen wird, wie in Fig. 5 dargestellt, der Block 31 mit dem Keramiksubstrat 13a, dessen Fertigungsprozeß in Fig. 2 dargestellt ist, auf den in Fig. 4 dargestellten Block 33 mit dem Keramik-Trägersubstrat 11 aufgelegt, und die Blöcke werden aufeinander ausgerichtet. Dann werden sie im Vakuum verpreßt und erhitzt. Genauer gesagt, die Blöcke werden 30 Minuten bei 65 ºC unter einem Druck von 2,943 bis 3,924 MPa (30 bis 40 kp/cm²) vorgetrocknet. Dann werden die Blöcke unter dem gleichen Druck bei 150 bis 160 ºC vorausgehärtet und schließlich 30 Minuten bei 250 ºC ausgehärtet. Das Bonden erfolgt unter vermindertem Druck von 1,333 kPa (10 Torr) in einer Autoklaveneinrichtung.
Der Polyimid-Vorläufer auf dem Verbindungsbondhügel wird durch vertikale Druckanwendung beiseite gedrückt, und gleichzeitig wird der Polyimid-Vorläufer 129 zu Polyimidharz imidisiert und mit der Polyimid-Isolierschicht 122 vereinigt. Die Volumenschrumpfung in diesem Schritt führt dazu, daß zwei Verbindungsbondhügel 124 eng aneinandergedrückt und elektrisch miteinander verbunden werden. Durch dieses Bonden des Blocks 31 mit dem Block 33 entsteht eine Mehrlagenstruktur 12a.
Schließlich wird, wie in Fig. 6 dargestellt, der Block 32 mit dem Keramiksubstrat 13b ausgerichtet und auf den gemäß Fig. 5 laminierten Block 31 aufgelegt, und die Blöcke werden wie bei dem in Fig. 5 dargestellten Prozeß im Vakuum verpreßt und erhitzt. Der letzte Schritt besteht im Anbringen von Signal-E/A- und Stromversorgungsstiften 111 in den vorgegebenen Positionen an der Rückseite des Keramik-Trägersubstrats 11.
Das herkömmliche Verfahren, bei dem die Leiterlage und die Isolierschicht, beginnend von der untersten Lage aus, abwechselnd auf dem Keramik-Trägersubstrat ausgebildet werden, benötigt eine lange Zeit für die Fertigung einer Mehrlagenleiterplatte, für die viele Lagen mit hoher Montagedichte erforderlich sind, was unerwartete Defekte zur Folge haben kann, die zu einer schlechteren Ausbeute führen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können die oben beschriebenen Fertigungsprozesse die Fertigungszeit für eine Mehrlagenleiterplatte stark verkürzen und gleichzeitig die Ausbeute verbessern.
Offensichtlich sind viele Modifikationen und Änderungen des obigen Ausführungsbeispiels möglich, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel werden in dem offenbarten Ausführungsbeispiel zwar zwei Keramiksubstrate verwendet, es kann aber je nach der erforderlichen Lagenzahl und der Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzusetzenden Materialien eine beliebige Anzahl von Substraten verwendet werden. Ferner ist das für die Signalleiterlage, die Erdungs- und Verbindungslage und den Verbindungsbondhügel verwendete Material nicht auf Gold beschränkt, und es können Kupfer oder andere Materialien eingesetzt werden.

Claims

1. Herstellungsverfahren für eine Mehrlagenleiterplatte, das aufweist:

einen Schritt zum Auflaminieren einer ersten und einer zweiten Mehrlagenstruktur auf die entsprechende Seite eines Keramiksubstrats, wobei die erste und die zweite Mehrlagenstruktur mindestens eine Harz-Isolierschicht und eine Leiterlage aufweisen, wobei in dem Keramiksubstrat Durchgangsbohrungen angebracht sind, wobei die Durchgangsbohrungen eine Leiterlage der ersten Mehrlagenstruktur und eine Leiterlage der zweiten Mehrlagenstruktur elektrisch miteinander verbinden;

einen Schritt zum Auflaminieren einer dritten Mehrlagenstruktur auf eine Seite eines Trägersubstrats, wobei die dritte Mehrlagenstruktur mindestens eine Harz-Isolierschicht und eine Leiterlage aufweist;

einen Schritt zum Verbinden des Keramiksubstrats und des Trägersubstrats unter Druck- und Hitzeeinwirkung.

2. Herstellungsverfahren für eine Mehrlagenleiterplatte nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Auflaminieren der ersten Mehrlagenstruktur und der zweiten Mehrlagenstruktur auf das Keramiksubstrat das Auflaminieren einer Metalleiterlage und einer Isolierschicht sowohl auf die Oberseite als auch auf die Unterseite des Keramiksubstrats einschließt.

3. Herstellungsverfahren für eine Mehrlagenleiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt zum Verbinden des Keramiksubstrats mit dem Trägersubstrat aufweist:

30 Minuten Vortrocknen bei 65ºC unter einem Druck von 2,943 bis 3,924 MPa (30 bis 40 kg/cm²);

60 Minuten Voraushärtung bei 150 bis 160ºC unter dem gleichen Druck; und

30 Minuten Endaushärtung bei 250ºC unter dem gleichen Druck.

4. Herstellungsverfahren für eine Mehrlagenleiterplatte nach Anspruch 1, das ferner aufweist:

einen Schritt zum stufenweisen Auflegen eines zweiten Keramiksubstrats auf das Keramiksubstrat, wobei auf eine Seite des zweiten Keramiksubstrats eine vierte Mehrlagenstruktur auflaminiert ist, wobei die vierte Mehrlagenstruktur mindestens eine Harzschicht und eine Leiterlage einschließt;

einen Schritt zum Verbinden des Keramiksubstrats mit dem zweiten Keramiksubstrat unter Druck- und Hitzeeinwirkung.

5. Herstellungsverfahren für eine Mehrlagenleiterplatte nach Anspruch 4, wobei der Schritt zum Auflaminieren der ersten Mehrlagenstruktur und der zweiten Mehrlagenstruktur auf das Keramiksubstrat das Auflaminieren einer Metalleiterlage und einer Isolierschicht sowohl auf die Oberseite als auch auf die Unterseite des Keramiksubstrats einschließt.

6. Herstellungsverfahren für eine Mehrlagenleiterplatte nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Schritt zum Verbinden des Keramiksubstrats mit dem Trägersubstrat aufweist:

60 Minuten Voraushärtung bei 150 bis 160ºC unter dem gleichen Druck; und

30 Minuten Endaushärtung bei 250ºC unter dem gleichen Druck.

7. Herstellungsverfahren für eine Mehrlagenleiterplatte nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Auflaminieren der ersten Mehrlagenstruktur und der zweiten Mehrlagenstruktur auf das Keramiksubstrat aufweist:

(a) Ausbilden von Erdungs- und Verbindungslagen auf der Oberseite und der Unterseite des Keramiksubstrats, die durch Durchgangsbohrungen miteinander verbunden sind;

(b) Ausbilden einer Isolierschicht auf der Erdungs- und Verbindungslage;

(c) Ausbilden einer Signalleiterlage auf der Isolierschicht zur Verbindung mit der Erdungs- und Verbindungslage;

(d) Ausbilden eines Verbindungsbondhügels auf der Signalleiterlage;

(e) Aufbringen von Polyimid-Vorläufer auf den Verbindungsbondhügel;

und wobei der Schritt zum Auflaminieren der dritten Mehrlagenstruktur auf das Trägersubstrat aufweist:

(a) Ausbilden einer Erdungs- und Verbindungslage auf dem Trägersubstrat;

(b) Ausbilden einer Isolierschicht auf der Erdungs- und Verbindungs lage;

(d) Ausbilden eines Verbindungsbondhügels auf der Signalleiterlage; und

(e) Aufbringen von Polyimid-Vorläufer auf den Verbindungsbondhügel.

8. Herstellungsverfahren für eine Mehrlagenleiterplatte nach Anspruch 7, wobei der Schritt zum Auflaminieren der ersten Mehrlagenstruktur und der zweiten Mehrlagenstruktur auf das Keramiksubstrat die Ausführung der Schritte an der Oberseite und an der Unterseite des Keramiksubstrats aufweist.

9. Herstellungsverfahren für eine Mehrlagenleiterplatte nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Schritt zum Verbinden des Keramiksubstrats mit dem Trägersubstrat aufweist:

60 Minuten Voraushärtung bei 150 bis 160ºC unter dem gleichen Druck; und

30 Minuten Endaushärtung bei 250ºC unter dem gleichen Druck.

10. Mehrlagenleiterplatte mit:

einem Trägersubstrat,

mehreren Mehrlagenstrukturen, die durch Auflaminieren von Metalleiterlagen und Isolierschichten auf das Trägersubstrat ausgebildet werden; und

Keramiksubstraten, die mit Durchgangsbohrungen für die elektrische Verbindung der Mehrlagenstrukturen versehen und zwischen den Mehrlagenstrukturen eingefügt sind.

11. Mehrlagenleiterplatte nach Anspruch 10, wobei die Mehrlagenstruktur eine Verbindungsleiterlage, eine Isolierschicht und eine Signalleiterlage aufweist;

wobei die Erdungs- und Verbindungslage zur elektrischen Verbindung mit der Erdungs- und Verbindungslage einer anderen Mehrlagenstruktur durch Durchgangsbohrungen in dem Keramiksubstrat dient.

12. Mehrlagenleiterplatte nach Anspruch 10 oder 11, wobei die oberste Fläche der Mehrlagenstruktur anstelle der Metalleiterlage mit einer Verbindungsbondinsel versehen ist.