JP3153115B2 - 回路基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータのＣ
ＰＵモジュール等、有機高分子から成る絶縁膜を備える
回路基板に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
回路基板の配線導体としては、金の表面を有する配線材
が多用されている。また、配線用の絶縁材料としては、
絶縁性を有する有機高分子化合物、とりわけポリイミド
系樹脂が多用されている。

【０００３】ところで、金の表面を有する配線材を用
い、その金の上に直接絶縁膜としてポリイミド系樹脂を
用いた場合、金とポリイミド系樹脂との密着性がよくな
いため、金とポリイミド系樹脂との間に剥離が起こり、
回路基板の特性や信頼性を低下させることがあった。ま
た、配線材の表面である金にポリイミド系樹脂を一旦形
成してから除去して金を露出させた場合、その露出部分
はポリイミド系樹脂の残留物により半田ぬれ性やワイヤ
ボンディング性（以下「Ｗ／Ｂ性」という）が十分でな
いことがあった。

【０００４】この点に鑑み、従来より種々の研究がなさ
れている。即ち、特開昭６３−１４８６５９号には、配
線材をポリイミド系樹脂と密着性の良い金属被膜（チタ
ン、クロム、窒化チタン、窒化ケイ素、酸化ケイ素な
ど）で覆った上でポリイミド系樹脂により被覆した構造
が開示されている。また、特開昭５９−１６７０９６号
には、配線材としての金をパラジウムで覆った上でポリ
イミド系樹脂により被覆した構造が開示されている。

【０００５】しかしながら、金の表面を有する配線材を
用い、チタン、クロム、窒化チタン又はパラジウムを金
属被膜として用いた場合、金属被膜を形成するこれらの
金属はポリイミド系樹脂の硬化温度（キュア温度）で金
に熱拡散するという問題があった。このように金属被膜
が金に熱拡散すると、金の性質が変化するのみならず、
金属被膜からみれば金が金属被膜に拡散することになる
ため、金属被膜の性質も変化した。このため、金属被膜
の一部を除去して金を露出させたときその露出部分は半
田ぬれ性やＷ／Ｂ性が十分でなくなったり、金属被膜の
ポリイミド系樹脂に対する密着性が低下したりすること
があった。一方、窒化ケイ素、酸化ケイ素を金属被膜と
して用いた場合には、ポリイミド前駆体をキュアする際
にクラックが発生するという問題があった。

【０００６】また、特開昭５９−１９８７９５号には、
配線材である金をポリイミド系樹脂と密着性のよいニッ
ケルで覆った上で、ポリイミド系樹脂により被覆した構
造が開示されている。しかしながら、ニッケルは強磁性
材料であるため、表皮効果により高周波領域で伝送損失
が大きくなるという問題があった。

【０００７】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、絶縁膜に膨れや剥がれが発生したり金属被膜にクラ
ックが発生したりすることことがなく、高周波特性を低
下させることもない回路基板を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段、発明の実施の形態及び発
明の効果】上記課題を解決するため、本発明は、基板上
に所定パターンとなるように形成された配線材と、該配
線材を被覆する金属被膜と、前記配線材及び前記金属被
膜を被覆する有機高分子から成る絶縁膜とを備えた回路
基板において、前記配線材は、金の表面を有し、前記金
属被膜は、前記絶縁膜及び金に対する密着性に優れ、前
記有機高分子の硬化温度で金に拡散せず且つクラックも
発生せず、しかも強磁性材料でない被膜であり、前記配
線材の表面である金の一部は、一旦形成された前記金属
被膜が除去されて露出していることを特徴とする。

【０００９】本発明で用いる配線材としては、例えば、
チタン−パラジウム−金、チタン−銅−ニッケル−金
（いずれも金が表面）などが挙げられる。また、絶縁膜
を形成する有機高分子としては、例えば、ポリイミド系
樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、環状オレフィン
系樹脂、変性ポリイミド（フッ素化ポリイミドやシロキ
サンが入ったものなど）等が挙げられ、これらは感光性
であると非感光性であるとを問わない。

【００１０】また、絶縁膜及び金に対する密着性に優れ
るとは、パターン加工時（例えば絶縁膜の孔あけ時等）
に剥がれや浮き等がないこと、あるいは８５℃、８５％
Ｒｈにおける高温高湿試験でポリイミドの剥がれや浮き
等がないことをいう。具体的には、金属被膜を形成する
金属が、その性質上、密着強度試験（基板上の金に当該
金属で被膜を形成しその上にポリイミドを塗布（２０μ
ｍ）しキュアしたものをテストサンプルとして作製し、
このポリイミド５ｍｍ幅につき密着強度を測定する試
験）において２ｋｇ／ｍｍ以上の密着強度を有すること
をいう。密着強度が２ｋｇ／ｍｍ以上の金属により本発
明の金属被膜を形成すれば、絶縁膜に剥がれや膨れが生
じることがない。この密着強度は、モリブデンの場合８
〜１５ｋｇ／ｍｍ、タングステンの場合７〜１３ｋｇ／
ｍｍ、クロムの場合＞２０ｋｇ／ｍｍ（ポリイミドが破
断）、被膜なし（つまり金のみ）の場合０．２〜０．３
ｋｇ／ｍｍである。

【００１１】更に、有機高分子の硬化温度は、２００〜
４００℃、例えば有機高分子がポリイミド系樹脂の場
合、非感光性であれば約３５０℃、感光性であれば約４
００℃である。かかる有機高分子の硬化温度で金属被膜
が金に拡散するとすれば、金が変質すると同時に金属被
膜も変質する。すると、金属被膜の一部を除去して金を
露出させたときその露出部分は半田ぬれ性やＷ／Ｂ性が
悪化したり、金属被膜の絶縁膜に対する密着性が悪くな
ったりするおそれがある。このため、金属被膜は有機高
分子の硬化温度で金に拡散しないことが要求される。ま
た、有機高分子の硬化温度でクラックが発生すると、金
属被膜と金との剥がれが生じたり、表面が凹凸になるこ
とにより高周波信号の伝送ロスが生じたりするという不
都合が生じる。このため、金属被膜は有機高分子の硬化
温度でクラックが発生しないことが要求される。更に、
金属被膜が強磁性材料の場合には表皮効果により高周波
領域で伝送損失が大きくなるため、金属被膜は強磁性材
料でないことが要求される。

【００１２】本発明の金属被膜は１層であっても多層で
あってもよい。金属被膜が１層の場合、金属被膜はモリ
ブデン、タングステン、又はモリブデン−タングステン
の２成分から成る合金により形成されたものが好まし
い。酸化タンタルは有機高分子の硬化温度でクラックが
発生するので好ましくない。一方、金属被膜が多層の場
合、少なくとも、配線材の金の表面に接する層と絶縁膜
に接する層の２層を有することになる。配線材の金の表
面に接する層は、金に対する密着性に優れ、有機高分子
の硬化温度で金に拡散せず且つクラックも発生しない金
属で形成される必要があり、例えばモリブデン、タング
ステン、モリブデン−タングステンの２成分から成る合
金などが挙げられる。また、絶縁膜と接する層は、絶縁
膜に対する密着性に優れ、有機高分子の硬化温度でクラ
ックも発生せず、しかも強磁性材料でない金属で形成さ
れる必要があり、例えばモリブデン、タングステン、モ
リブデン−タングステンの２成分から成る合金のほか、
チタン、クロムなどが挙げられ、このうち絶縁膜（とり
わけポリイミド）との密着性を考慮すればクロムが好ま
しい。尚、チタンやクロムはその性質上、金に対して熱
拡散するが、ここでは配線材の金の表面と接することは
ないため、金に対して熱拡散するおそれはない。

【００１３】本発明の回路基板によれば、以下の効果が
得られる。 配線材の表面の金を覆う金属被膜は、金及び絶縁膜と
密着性が良好であるため、絶縁膜に膨れや剥がれが発生
することがない。 金属被膜は有機高分子の硬化温度で金に対して熱拡散
しない。このため、金属被膜は変質することがなく本来
の性質のままであり、絶縁膜との密着性が悪くなること
がない。また、金も変質することがないため、金属被膜
の一部を除去して金を露出させたときその露出部分は半
田ぬれ性やＷ／Ｂ性に優れる。このため、露出部分にＩ
Ｃをろう付けしたり、そのＩＣをワイヤで接続したり、
コンデンサ等の電子部品を半田付けしたりする際に、ろ
う付け・半田付け作業をスムーズに行うことができしか
も十分な強度で取り付けることができる。 有機高分子を硬化する際に金属被膜にクラックが発生
することがないため信頼性が高く、強磁性を有さないた
め表皮効果により高周波特性を低下させることもない。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明の好適な実施例を図面に基づ
いて説明する。尚、本発明の実施の形態は、下記の実施
例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲
に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもな
い。 ［参考例１］参考例１ の多層型の回路基板を図１に基づいて説明す
る。図１は参考例１の回路基板の概略断面図である。こ
の回路基板１０は、アルミナを主成分とする基板１１
と、この基板１１に積層された複数の回路層１２、１２
……から構成されている。基板１１の上面に設けられた
回路層１２は、基板１１上に形成されたチタン薄膜１３
（厚さ約２０００Å）と、このチタン薄膜１３の上層と
して形成されたパラジウム薄膜１４（厚さ約３０００
Å）と、このパラジウム薄膜１４の上層として形成され
た金メッキ１５（厚さ約５μｍ）と、この金メッキ１５
の上層として形成されたビアメッキ（銅）１６と、金メ
ッキ１５の表面及びビアメッキ１６を被覆するモリブデ
ン被膜１７（厚さ約３０００Å）と、モリブデン被膜１
７及び金メッキ１５の側面を覆うポリイミド絶縁膜１８
とにより構成されている。ここで、チタン薄膜１３、パ
ラジウム薄膜１４、金メッキ１５が本発明の配線材に相
当し、モリブデン被膜１７が本発明の金属被膜に相当す
る。

【００１５】次に上記回路基板１０を形成する方法を図
２に基づいて説明する。図２は回路基板１０の製造工程
図である。まず、基板１１にチタン、パラジウムの順で
スパッタリングを施す（図２（ａ）参照）。続いてネガ
タイプのゴム系レジスト２１を塗布し、露光・現像し、
このレジスト２１上に所定パターンＰ１を形成する（図
２（ｂ）参照）。続いてこの所定パターンＰ１に金メッ
キを施し（図２（ｃ）参照）、前記レジスト２１を除去
後ポジタイプのノボラック系レジスト２２を塗布し、露
光・現像し、このレジスト２２上に所定パターンＰ２を
形成する（図２（ｄ）参照）。続いてこの所定パターン
Ｐ２にビアメッキ（銅）１６を施し（図２（ｅ）参
照）、前記レジスト２２を除去後チタン薄膜及びパラジ
ウム薄膜のうち金メッキが施されていない部分をエッチ
ングにより除去する（図２（ｆ）参照）。その後、モリ
ブデンをスパッタリングし（図２（ｇ）参照）、ネガタ
イプのレジスト２３を塗布し、露光・現像し、このレジ
スト２３が金メッキの表面及びビアメッキ（銅）を被覆
するようにレジスト２３上に所定パターンを形成する
（図２（ｈ）参照）。そして、レジスト２３で被覆され
ていないモリブデンをエッチングし、その後レジスト２
３を除去する（図２（ｉ）参照）。モリブデンをエッチ
ングするときのエッチャントは、フェリシアン化カリウ
ム（１００ｇ／ｌ）と水酸化カリウム（１００ｇ／ｌ）
の混液を用いる。続いて、ポリイミド前駆体を塗布し、
所定温度（約３５０℃）でキュアし、ポリイミド絶縁膜
１８を形成する（図２（ｊ）参照）。これにより、１つ
の回路層１２が形成される。その後、表面を研磨し、ビ
アメッキ１６を表面に露出させた後、再び、同じ手順
（但し、Ｔｉ−ＰｄスパッタリングをＣｒ（２５０Å）
−Ｐｄ（３０００Å）スパッタリングに変える）で回路
層１２を形成していく。

【００１６】尚、金メッキ１５が大きなベタパターン
（例えば２〜３ｃｍ角のソリッドパターン）の場合に
は、ポリイミド絶縁膜１８との接触面積が大きいので剥
がれや膨れが生じやすいため、モリブデン被膜１７の存
在は特に有効となる。かかる多層型の回路基板１０は、
ＬＳＩを実装する基板において高密度配線、高速信号伝
送を実現できるものであり、コンピュータのＣＰＵモジ
ュール等に用いることができる。

【００１７】かかる多層型の回路基板１０によれば、以
下の効果が得られる。ビアメッキ１６及び金メッキ１
５を覆うモリブデン被膜１７は、ポリイミド絶縁膜１８
と比較的密着性が良好であるため、ポリイミド絶縁膜１
８に膨れや剥がれが生じることはない。ポリイミド前
駆体をキュアする際に金に対して熱拡散しないため、モ
リブデン被膜１７は変質することなく本来の性質のまま
である。このためモリブデン被膜１７とポリイミド絶縁
膜１８との密着性が悪くなることがない。モリブデン
被膜１７はポリイミド前駆体のキュア時にクラックが発
生することもなく、強磁性材料でもないので高周波特性
を低下させることもない。 ［参考例２］参考例２ の多層型の回路基板２０を図３に基づいて説明
する。図３は参考例２の回路基板の概略断面図である。
この回路基板２０は、参考例１の回路基板１０のモリブ
デン被膜１７の上層にクロム被膜１７’を設けた以外
は、参考例１と同様であるため、同じ構成要素には同じ
符号を付し、その説明を省略する。尚、参考例２では、
モリブデン被膜１７及びクロム被膜１７’が本発明の金
属被膜に相当する。

【００１８】この参考例２の回路基板２０では、モリブ
デン被膜１７の上層に設けたクロム被膜１７’がポリイ
ミド絶縁膜１８と密着するのであるが、クロムはモリブ
デンに比べてポリイミド絶縁膜１８との密着強度が高い
ため、一層信頼性が高くなる。また、クロムは金と直接
接触している場合にはポリイミド前駆体をキュアする際
に金に熱拡散してしまうが、本参考例ではクロムは金と
接触していないので金に熱拡散するおそれがない。更
に、モリブデン被膜１７、クロム被膜１７’はともにポ
リイミド前駆体のキュア時にクラックが発生することも
なく、強磁性材料でもないので高周波特性を低下させる
こともない。

【００１９】尚、クロムとモリブデンとは同じエッチャ
ントによりエッチングされるため、本参考例の多層型の
回路基板２０を形成するには、参考例１においてモリブ
デンをスパッタリングし（図２（ｇ）参照）、その後更
にクロムをスパッタリングする工程を増やすだけでよ
い。 ［実施例１］実施例１ の回路基板３０を図４に基づいて説明する。図
４は実施例１の回路基板の概略断面図である。実施例１
の回路基板３０は、タングステンのビアホール３９が設
けられた基板３１と、この基板３１上に形成された回路
層３２から構成されている。回路層３２は、基板３１上
に形成されたチタン薄膜３３（厚さ約２０００Å）と、
このチタン薄膜３３の上層として形成されたパラジウム
薄膜３４（厚さ約３０００Å）と、このパラジウム薄膜
３４の上層として形成された金メッキ３５（厚さ約５μ
ｍ）と、基板３１のうち金メッキ３５などで覆われてい
ない部分を被覆すると共に金メッキ３５の表面の一部を
被覆するポリイミド絶縁膜３８と、ポリイミド絶縁膜３
８と金メッキ３５の表面との間に形成された金属被膜
（モリブデン又はタングステン）３７とにより構成され
ている。尚、金メッキ３５の表面のうち金属被膜３７で
被覆されていない部分を金メッキ露出面３５ａと称す
る。ここで、チタン薄膜３３、パラジウム薄膜３４、金
メッキ３５が本発明の配線材に相当する。

【００２０】この回路基板３０のうち、ある金メッキ露
出面３５ａにはＩＣ４１が金−錫によりろう付けされ、
ワイヤ４２、４２により隣合う金メッキ露出面３５ａに
ボンディングされている。また、ある絶縁膜１８の表面
にはチップ型コンデンサ４３が配置され、このチップ型
コンデンサ４３の電極は半田付けにより隣合う金メッキ
露出面３５ａに接続されている。

【００２１】次に上記回路基板３０を形成する方法を図
５に基づいて説明する。図５は実施例１の回路基板３０
の製造工程図である。まず、タングステンのビアホール
３９を有する基板３１にチタン、パラジウムの順でスパ
ッタリングを施す（図５（ａ）参照）。続いてネガタイ
プのゴム系レジスト５１を塗布し、露光・現像し、この
レジスト５１上に所定パターンを形成した後、この所定
パターンに金メッキを施す（図５（ｂ）参照）。続い
て、前記レジスト５１を除去し、パラジウム薄膜・チタ
ン薄膜のうち金メッキで覆われていない部分をエッチン
グにより除去する（図５（ｃ）参照）。その後、モリブ
デン（又はタングステン）をスパッタリングし、レジス
トを塗布し、露光・現像し、このレジスト上に金メッキ
の表面のみをモリブデン（又はタングステン）が被覆す
るパターンを形成し、レジストで被覆されていないモリ
ブデン（又はタングステン）をエッチングにより除去す
る（図５（ｄ）参照）。その後、ポリイミド前駆体を塗
布し、所定温度（約３５０℃）でキュアし、続いてＲＩ
Ｅ等のドライエッチングにより所定パターンを形成し、
ポリイミド絶縁膜３８を形成する（図５（ｅ）参照）。
そして、ポリイミド絶縁膜３８で覆われていないモリブ
デン（又はタングステン）被膜をエッチングにより除去
して金メッキを露出させ、金メッキ露出面３５ａとする
（図５（ｆ）参照）。これにより、実施例１の回路基板
３０が形成される。

【００２２】かかる回路基板３０によれば、以下の効果
が得られる。金メッキ３５を覆う金属被膜（モリブデ
ン又はタングステン）３７は、ポリイミド絶縁膜３８と
密着性が良好であるため、ポリイミド絶縁膜３８に膨れ
や剥がれが生じることはない。モリブデン（又はタン
グステン）はポリイミド前駆体をキュアする際に金に対
して熱拡散しないため、キュア後にこれらの金属被膜を
除去して金メッキ露出面３５ａを形成したとき、この金
メッキ露出面３５ａの半田ぬれ性、Ｗ／Ｂ性が良好な状
態となる（後述の試験例参照）。モリブデン（又はタ
ングステン）は、ポリイミド前駆体のキュア時にクラッ
クが発生することがないため信頼性が高く、また、強磁
性材料でもないので高周波特性を低下させることもな
い。 ［試験例］ ・半田ぬれ性、Ｗ／Ｂ性について (1) 半田ぬれ性試験 テストサンプルを２６０℃にてＳｎ−Ｐｂ（６０％／４
０％）に１０秒浸漬し、露出した金メッキ表面が９０％
以上半田ぬれした場合を適、それ以外の場合を不適（Ｎ
Ｇ）と判定した。尚、フラックスはロジン系フラックス
を使用した。 (2) Ｗ／Ｂ性試験 テストサンプルにφ３０μｍのアルミニウムワイヤを超
音波ボンディングした後、このワイヤを引張り、ワイヤ
が切れた場合を適、ワイヤが切れずに接合が外れた場合
を不適（ＮＧ）と判定した。 (3) テストサンプル（実施例１−１、１−２、比較例１
〜３） テストサンプルは、５０ｍｍ四方の基板に図５（ａ）〜
（ｆ）と同様の方法により１×２ｍｍの金メッキ露出面
を１００個設けたものを用いた。

【００２３】実施例１−１は金属被膜としてモリブデン
を用いたもの、実施例１−２は金属被膜としてタングス
テンを用いたものである。また、比較例１は金属被膜と
してクロム被膜を用いたもの、比較例２は金属被膜とし
てパラジウム被膜を用いたもの、比較例３は金属被膜を
形成しなかった（つまり金メッキの表面は直接ポリイミ
ド絶縁膜で覆われた後ドライエッチングにより金メッキ
露出面とされた）ものである。 (4) 試験結果 各試験結果を表１に示した。

【００２４】

【表１】

【００２５】上記表１から明らかなように、実施例１−
１、１−２の金メッキ露出面は半田ぬれ性・Ｗ／Ｂ性と
も極めて良好な結果が得られた。これに対して、比較例
１、２では半田ぬれ性・Ｗ／Ｂ性のいずれも良好な結果
が得られなかったが、これはポリイミド前駆体をキュア
する際の温度（約３５０℃）にてクロム又はパラジウム
が金に熱拡散するため、金メッキ露出面の性質が本来の
金の性質から変化したことによる。また、比較例３も半
田ぬれ性・Ｗ／Ｂ性のいずれも良好な結果が得られなか
ったが、これはドライエッチングにより除去されなかっ
たポリイミド絶縁膜が金メッキ露出面に残存したことに
よる。 ［その他の実施例］ 上記各実施例では、Ｔｉ・Ｐｄ・スパッタリング＋金メ
ッキにより配線材を形成したが、これ以外に、例えばＴ
ｉ−Ｃｕスパッタリング＋Ｃｕ・Ｎｉ・Ａｕメッキ（２
０００Å−５０００Å−５μｍ−２μｍ−３μｍ）やＣ
ｒ−Ｐｄスパッタリング＋Ａｕメッキ（２５０Å−５０
００Å−５μｍ）など、最表面に金を有する配線材であ
れば特に限定せず用いることができる。

【００２６】また、上記各実施例の金属被膜としてＭｏ
−Ｗ合金被膜を用いてもよく、この場合も上記各実施例
と同様の効果が得られる。更に、実施例１の金属被膜を
参考例２のように２層（金に接する層をモリブデン（又
はタングステン）、絶縁膜に接する層をクロム）として
もよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 参考例１の多層型の回路基板の概略断面図で
ある。

【図２】 参考例１の多層型の回路基板の製造工程図で
ある。

【図３】 参考例２の多層型の回路基板の概略断面図で
ある。

【図４】 実施例１の回路基板の概略断面図である。

【図５】 実施例１の回路基板の製造工程図である。

【符号の説明】

１０、２０、３０・・・回路基板、 １１、３１・・・
基板、 １２、３２・・・回路層、 １３、３３・・・
チタン薄膜、 １４、３４・・・パラジウム薄膜、 １５、３５・・・
金メッキ、 １６・・・ビアメッキ、 １７・・・モリブ
デン被膜、 １８、３８・・・ポリイミド絶縁膜、２１、２２、２３
・・・レジスト、 ３５ａ・・・金メッキ露出面、 ３７・・・金属被
膜、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05K 1/09 H05K 3/24 H05K 3/46

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に所定パターンとなるように形成
   された配線材と、該配線材を被覆する金属被膜と、前記
   配線材及び前記金属被膜を被覆する有機高分子から成る
   絶縁膜とを備えた回路基板において、 前記配線材は、金の表面を有し、 前記金属被膜は、前記絶縁膜及び金に対する密着性に優
   れ、前記有機高分子の硬化温度で金に拡散せず且つクラ
   ックも発生せず、しかも強磁性材料でない被膜であり、 前記配線材の表面である金の一部は、一旦形成された前
   記金属被膜が除去されて露出している ことを特徴とする
   回路基板。
2. 【請求項２】 前記金属被膜は、モリブデン、タングス
   テン、又はモリブデン−タングステンの２成分から成る
   合金により形成されたことを特徴とする請求項１記載の
   回路基板。
3. 【請求項３】 前記金属被膜は、前記配線材の上層とし
   て設けられた第１被膜と、該第１被膜の上層として設け
   られた第２被膜とから構成され、前記第１被膜はモリブ
   デン、タングステン、又はモリブデン−タングステンの
   ２成分から成る合金のいずれかで形成され、前記第２被
   膜はクロムで形成されたことを特徴とする請求項１記載
   の回路基板。