JP2630293B2 - 多層配線基板 - Google Patents

多層配線基板

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多層配線基板に関し、
特に内層の配線パターンを構成する導体層の構造に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図3に、従来の一般的なガラス布エポキ
シ多層基板(以下、多層配線基板という)の概略の断面
構造を示す。尚、多層配線基板は、それぞれ配線パター
ンが形成された複数の導体層を備えているが、図3に
は、一例として、2層の外部配線(最外層の導体層)と
2層の内部配線(基板内部に配置された導体層)とを持
つ4層の多層配線基板について、外部配線パターン及び
内部配線パターンの有る部分の断面を示す。以下、同図
を参照して、多層配線基板の構造をその製造工程と関連
させて説明する。電気絶縁基板1は、ガラス布にエポキ
シ樹脂を含浸させたものである。この場合、含浸させた
エポキシ樹脂が硬化する前に、ガラス布両面の全面に内
部配線2のパターンを形成するための銅箔を圧着し、そ
の後、エポキシ樹脂を硬化させて接着強度を高める。次
に、フォトエッチング技術を用いて銅箔をパターニング
し、内部配線2を形成する。内部配線2用の銅箔には、
厚さ70μmのものや35μmのものが多く使われてい
る。次いで、電気絶縁体でプリプレグ4と呼ばれるエポ
キシ系接着シートを用い、基板両面の全面に外部配線5
用の銅箔を接着する。この場合、内部配線2とプリプレ
グ4との接着強度を高めるため、内部配線2の表面に、
プリプレグ4と接着する直前に酸化膜などを意図的に設
けることが多い。その後、図示は省略したが、内部配線
2と外部配線5とを電気的に接続する必要がある場所
や、両方の面の外部配線5どうしを接続する必要がある
場所に貫通孔を明け、その貫通孔の内部と基板の両面に
化学銅めっきを施す。次いで、外部配線5用の銅箔にフ
ォトエッチング技術で配線パターンを形成し、必要に応
じてソルダーレジスト(図示せず)で被覆する。このよ
うな構造のガラス布エポキシ多層基板の熱膨張率は、一
般に、実使用温度領域(通常、約−20〜125℃)に
おいて、平面方向(図3において、絶縁基板1に平行な
方向)で約16.0×10-6(1/℃)であった。この
熱膨張率の大きさは、この多層配線基板に実装される電
子部品、特にトランスファモールドタイプのLSIの熱
膨張率とほぼ同等の値である。従って、従来、基板に部
品を実装した後、周囲温度の変化により両者の接合部
(主に、はんだ付け部)に生じる熱ストレスは小さく、
良好な信頼性が得られていた。
【0003】ところで、近年、LSIの多機能化は著し
く、それに伴いチップサイズが大型化している。これに
対しLSIのパッケージは小型化が進んでいる。特にメ
モリに多用されているトランスファモールドタイプのT
SOP(Thin Small Outline Pa
ckage)と呼ばれる形態のLSIにおいては、パッ
ケージの体積に占めるチップの体積の比率が増加してい
る。LSIを多層配線基板に実装した場合、そのLSI
の実質的な熱膨張率は、LSIを構成する物質の熱膨張
率とそれらの体積比で決定される。したがって、チップ
サイズが大型化し、LSIのパッケージが小型化するこ
とは、LSIの熱膨張率がチップの熱膨張率に近付くこ
とになる。チップの基材であるシリコンの熱膨張率は約
4.0×10-6(1/℃)であり、これに対しモールド
樹脂の熱膨張率は一般に遥かに大きい。すなわち、チッ
プサイズの大型化によりLSIの熱膨張率が低下するこ
とになる。
【0004】そのため、LSIの低熱膨張化により多層
配線基板の熱膨張率との差が大きくなり、実装後接合部
の信頼性が低下することになる。そして、このような熱
膨張率差を抑制するために、多層配線基板の低熱膨張化
が進められた。すなわち、雑誌「表面実装技術」、19
93年6月号、54〜55頁に記載されているような、
多層配線基板の低熱膨張基材としてセラミックスを用い
たり、ガラス布の密度を高めたり、不織布を用いたり、
樹脂材料を変更する等の対策である。
【0005】上記の対策のうち無機質系材料であるセラ
ミックスを用いる方法には、大きく分けて2種類有る。
一つは、従来から知られている多層セラミック基板を用
いるもので、アルミナ(Al2 3 )を基材としてい
る。もう一つは、多孔質のセラミックに樹脂を含浸させ
て電気絶縁基板とする方法である。
【0006】一方、有機質系材料を用いて低熱膨張化し
た基板としては、従来のガラス布より密度を上げたガラ
ス布を用いたものがある。これは、ガラス布の素材であ
るシリカ(SiO2 )の熱膨張率がエポキシ樹脂等より
小さいことを利用したものであって、シリカの密度をあ
げて全体の熱膨張率を下げた基板である。
【0007】これら以外にもガラス布をパラ系アラミド
樹脂の不織布に変更した多層配線基板が開発されてい
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】これら低熱膨張率化対
策を施した多層配線基板のうち、有機質系材料の低熱膨
張型多層配線基板は、多層配線基板の熱膨張率が電気絶
縁基板と配線パターンとの体積比および熱膨張率で決ま
ることから電気絶縁基板の熱膨張率を下げることで全体
の熱膨張率を下げるという方法である。その場合、配線
パターンそのものは従来どおりの銅箔を使用しているこ
とから、配線パターンと電気絶縁基板との熱膨張率の違
いによりそれらの接着面で剥離が生じる可能性が高くな
る。そのような剥離を防ぐため銅箔の厚さを薄くする等
の工夫がなされている。しかし、他の特性が犠牲になる
ことがある。例えば、放熱性に影響する熱伝導率、特に
多層配線基板と平行方向の熱伝導率は、多層配線基板の
垂直方向断面の電気絶縁基板と銅箔の比率で決まり、し
かも銅箔の熱伝導率は電気絶縁基板の500〜1000
倍も高いことから、銅箔の厚みに大きく影響される。つ
まり、放熱性の面からは銅箔が厚い方が良いにも拘ら
ず、低熱膨張率化のために銅箔を薄くするので放熱性が
悪くなるという問題が生じる。また、パラ系アラミド樹
脂などのような特殊な材料を用いると、コストが高くな
るという問題も有る。
【0009】一方、無機質系材料を用いた低熱膨張型多
層配線基板は、熱膨張率、熱伝導率とも優れているが、
従来よりコストが非常に高い(一般に、10倍以上)と
いう問題がある。また多孔質のセラミックに樹脂を含浸
させて電気絶縁基板とする方法では、コストは若干高く
なる(〜約1.5倍)程度だが、多孔質のセラミックが
割れ易いという問題が有る。例えば有機質材料を用いた
多層配線基板では、多少の曲げ、捩れでは壊れないた
め、筐体に固定する際にはねじで締めつけられたが、セ
ラミックは曲げ、捩れ等の力が掛かると割れるため、力
が直接多層配線基板に掛からないような固定方法を用い
るなど、その取扱いに種々の制約を設けなければならな
いという問題があった。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の多層配線基板
は、電気絶縁性の基板と、前記電気絶縁性の基板上に層
を成して重ねられた、それぞれは電気配線パターンを成
す複数層の銅製薄板と、前記銅製薄板の各層間を絶縁す
る電気絶縁体とを含んでなり、水平方向の電気的接続は
各銅製薄板の電気配線パターンにより、一の層の銅製薄
板とこれとは異なる他の層の銅製薄板との間の電気的接
続は、接続すべき銅製薄板の層間を貫通し内壁には導電
体層が形成された貫通孔からなる導通用孔により行われ
る構造の多層配線基板において、内層の少なくとも一層
の銅製薄板の両面に、熱膨張率が銅より小なる金属のメ
ッシュ状薄板を圧着したことを特徴とする。
【0011】
【実施例】次に、本発明の好適な実施例について図面を
参照にして説明する。図1(a)は、本発明の第一の実
施例の断面構造を示す部分断面図、図1(b)は、第一
の実施例の平面構造を示す部分拡大平面図、図1(c)
は、第一の実施例の製造方法を説明するための図であ
る。図1を参照して、本実施例では、ガラス布にエポキ
シ樹脂を含浸させた電気絶縁基板1の両面の全体に、銅
板21の両面にメッシュ状金属板22を圧着した構造の
内部配線20用の導体層を張付け、その導体層に内部配
線20をパターニングした後、その上にプリプレグ4を
熱圧着し、更にそのプリプレグ4上に外部配線5を設け
ている。
【0012】電気絶縁基板1は、ガラス布とエポキシ樹
脂の体積比がほぼ7:3になるようなガラス布を用いて
いる。
【0013】内部配線20用の導体層には、無酸素銅板
21にメッシュ状のコバール(ニッケル29wt%、コ
バルト17wt%、残鉄)22を圧着したものを用いて
いる。メッシュ状コバール22の開口部の面積は図1
(b)に示すように、表面のほぼ50%になるようにし
てある。このコバール付き無酸素銅板は、図1(c)に
示すように、真ん中に無酸素銅の薄板21、上下にメッ
シュ状コバール22を重ねローラー6で圧延し、圧着し
てある。ここで、銅およびコバールそれぞれの熱膨張率
は、銅が17×10-6(1/℃)であり、コバールが
5.3×10-6(1/℃)であるので、内部配線20の
表面の熱膨張率はほぼ銅とコバールの平均値となり、1
1〜13×10-6(1/℃)程度になる。尚、内部配線
20としては、電源・接地電位用のプレーン状パターン
の配線として用い、信号用のパターンは、極力設けない
ことが好ましい。
【0014】プリプレグ4としては、市販されているエ
ポキシ系樹脂材料を使用した。
【0015】本実施例では、多層配線基板表面の実質的
熱膨張率を10〜12×10 -6(1/℃)(−20〜1
25℃)に出来た。信頼性については、−40〜125
℃の温度サイクル試験で、1000サイクルまで多層配
線基板の接合面に剥離が生じないことを確認できた。コ
ストについては、従来品と比べ3%の上昇となった。
【0016】尚、実施例では、本発明と関係の低い、各
層の配線を接続するための開孔部や表面の配線パターン
を保護するためのソルダーレジスト等については、図示
省略している。
【0017】次に、本発明の第二の実施例を図面を用い
て説明する。図2は、本発明の第二の実施例の断面構造
を示す部分縦断面図である。本実施例は6層の多層配線
基板への適用例で、片面を上としたとき、上から2層
目、5層目が、両面にメッシュ状のインバー(ニッケル
36wt%、残鉄)板22を圧着した内部配線20にな
っている。
【0018】2層目、5層目の両面にメッシュ状インバ
ー板22を圧着した内部配線20は、基板の厚み方向の
中心に対し、上下対象になるように設けている。これ
は、上下対象にしないと上面と下面とで実質的な熱膨張
率が変って、バイメタル状になり、温度変化で多層配線
基板が反るためである。これは層数が6層より多い場合
も同じである。本実施例に用いたインバーは熱膨張率が
2.0×10-6(1/℃)であり、その値は、銅の熱膨
張率より約1桁小さいので、コバールの場合と同様に、
内部配線20の熱膨張率を引下げる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、内部配
線用の導体層として、銅板に銅よりも熱膨張率の低いメ
ッシュ状の金属層を圧着させたものを用いている。これ
により本発明によれば、多層配線基板において内層配線
に銅箔を用いながら、多層配線基板の実質的な熱膨張率
を低減できる。
【0020】内層配線に銅箔を用いているため放熱性が
よく、また、銅箔表面の実質的な熱膨張率を下げている
ため、銅箔と電気絶縁基板間の熱膨張率の差が小さく接
合面の信頼性が確保できる。銅箔表面へのメッシュ状金
属材料として比較的一般的なコバールやインバーを用い
ると、コストへの影響が小さい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の断面構造を示す部分断
面図、平面構造を示す部分拡大平面図および、製造方法
を説明するための図である。
【図2】本発明の第2の実施例の断面構造を示す部分断
面図である。
【図3】従来の多層配線基板の断面構造の一例を示す部
分断面図である。
【符号の説明】
1 電気絶縁基板 2 内部配線 4 プリプレグ 5 外部配線 6 ローラ 20 内部配線 21 無酸素銅板 22 メッシュ状金属板

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気絶縁性の基板と、前記電気絶縁性の
    基板上に層を成して重ねられた、それぞれは電気配線パ
    ターンを成す複数層の銅製薄板と、前記銅製薄板の各層
    間を絶縁する電気絶縁体とを含んでなり、水平方向の電
    気的接続は各銅製薄板の電気配線パターンにより、一の
    層の銅製薄板とこれとは異なる他の層の銅製薄板との間
    の電気的接続は、接続すべき銅製薄板の層間を貫通し内
    壁には導電体層が形成された貫通孔からなる導通用孔に
    より行われる構造の多層配線基板において、 内層の少なくとも一層の銅製薄板の両面に、熱膨張率が
    銅より小なる金属のメッシュ状薄板を圧着したことを特
    徴とする多層配線基板。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の多層配線基板において、 前記銅製薄板の層数、各銅製薄板の厚さ及びメッシュ状
    薄板の材料などのような、絶縁性基板に垂直な方向の構
    造を、前記絶縁性基板の厚み方向の中心に対して上下
    にしたことを特徴とする多層配線基板。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2記載の多層配線基
    板において、 前記熱膨張率が銅より小なる金属が、コバール(ニッケ
    ル29wt%、コバルト17wt%、残鉄)であること
    を特徴とする多層配線基板。
  4. 【請求項4】 請求項1又は請求項2記載の多層配線基
    板において、 前記熱膨張率が銅より小なる金属が、インバー(ニッケ
    ル36wt%、残鉄)であることを特徴とする多層配線
    基板。
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