KR0157060B1 - 실장기판 - Google Patents

Abstract

박막 배선을 복수의 배선층을 가지는 유닛으로 분할하고 유닛간을 접속 패드 거쳐 접속하는 구조로 한 이유는 박막 배선층을 유닛별로 분할하여 제작할 수 있고, 유닛간의 접속을 행하기 전에 양품과 불량품의 선별을 행함으로써 최종 수율을 대폭으로 향상시킬 수 있기 때문이다. 또, 각 유닛을 병렬하여 제작함으로써 실장기판을 제작하는 시간을 대폭으로 단축할 수 있다.

Description

실장기판

제1도는 본 발명의 실장기판의 단면도.

제2도는 동과 폴리이미드를 사용한 4층으로 이루어지는 배선유닛을 작성하는방법을 나타낸도.

제3도는 배선 유닛간의 접속방법을 나타낸도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 세라믹 기판 12 : 박막다층배선

13 : LSI 14 : 납땜보올

15 : LSI 외의 접속패드 16 : 확대층

21 : 가기판 22 : 가기판 표면

23 : Cu 도체층 24 : 포토레지스터

25 : 폴리이미드층 27 : 제1층째 배선

28 : 제2층째 배선 29 : 제3층째 배선

30 : 제4층째 배선 31 : 유닛간 접속 패드

32 : 관통구멍배선 33 : 저융점합금

121, 122, 123, 124 : 배선유닛

본 발명은 전자계산기에 있어서의 복수개의 LSI를 탑재하는 실장기판에 관한 것으로, 특히, 세라믹 기판상에 폴리이미드와 유기막을 절연층으로 하고, 박막 프로세스를 사용하여 형성되는 다층배선을 가지는 실장기판에 관한 것이다.

전자계산기에 사용하는 실장기판에 있어서는 LSI 간을 이동하는 신호 전송의 고속화를 도모하기 위하여, 다수의 LSI를 고밀도로 실장하고, 또 기판내에서의 신호 지연을 적게 하는 것이 점점 중요한 과제로 되고 있다.

이와같은 과제에 대하여 텅스텐이나 몰리브덴 등의 배선층을 후막(厚膜)프로세스로 형성하여 적층소결한 세라믹 기판상에 폴리이미드층간 절연막으로 하고, 동이나 알루미늄 도체층을 박막 프로세스로 형성한 박막, 후막 혼합기판이 주목되고 개발되고 있는 중이다. 박막 배선부에 있어서의 폴리이미드의 유전율이 세라믹 보다 작고, 저저항의 동이나 알루미늄을 사용할 수 있고 또 반도체 프로세스를 사용함으로써 신호 전송의 고속화와 고밀도화가 가능해진다.

그러나, 계산기의 고성능화에 따라 단위면적당의 실징 게이트 수가 증대하고, 이것에 대응하기 위해서는 박막 배선층의 적층수를 증가시키게 된다.

박막 다층배선을 형성하는 기술에 관해서는 이미 몇가지 보고되고 있다. 그러나 그 기본적인 프로세스는 세라믹 기판이나 Si 기판상에 도체층, 관통구멍 및 폴리이미층의 패터닝을 포토레지스트의 노광, 현상에 의하여 행하는 박막 프로세스가 사용되고 있다. 그러나, 이 박막 프로세스는 배선의 미세화에는 적합하나, 도체와 관통구멍을 한층씩 형성하는 소위 순차 적층 방식이 되기 때문에 적층수가 많은 박막 배선을 형성하는 경우에는 많은 시간을 필요로 하고, 또 최종의 프로세스 단계에서 발생하는 불량에 의하여 기판 전체가 불량이 되어, 수율이 낮아 제품원가가 높아진다는 결점이 있었다. 또, 박막배선에서는 배선 저항을 낮을 레벨로 억제하기 위하여 배선폭을 미세화하면 배선 두께를 크게하여 단면적을 확보할 필요가 있다.

그 때문에 배선층의 두께가 선폭과 동일하거나 그 이상이 되어, 유동성을 가지는 폴리이미드 왁스를 사용해도 평탄성의 확보가 곤란해져 적층수의 증대와 함께 배선패턴의 정밀도가 악화되어 배선이나 쇼트가 많아진다는 문제가 있었다. 또, 입출력 용의 단자를 가지는 세라믹 기판이나, 하층의 박막 배선부는 반복하여 열이력이나, 물, 약품 등에의 침적을 받게 되어, 계면의 열화나 불순물 이온에 의한 오염이 발생하여 신뢰성이 저하한다는 문제가 있다.

이와같은 문제에 대하여 박막배선을 별도의 기판상에서 형성하고, 그것을 입출력 단자를 가지는 본래의 세라믹 기판상에 납땜으로 접속한 패키지가 개시되고 있다 (일본국 특개 소61-40048호). 이 패키지는 단지 세라믹 기판으로부터 박막 배선부를 독립하여 형성하는 것으로, 박막 배선부를 유닛화한 본 발명과는 기본적으로 다르다. 또 박막형성에 사용하는 가기판이 그대로 패키지의 구성요소가 되고 있기 때문에 박막배선층이 불필요하게 두꺼워지고 신호 전송의 고속화에 대해서도 바람직하지 않다.

또 다른 방법으로서 일본국 특개소 63-274199호 공보에, 배선이 형성된 폴리이미드 필름을 일괄 적층하여 관통구멍부를 열압착하는 방법이 개시되어 있다.

이 방법은 시시템 효율시간을 단축화하는데 효과가 크나, 적층 프로세스에서 박막상의 폴리이미드 필름을 취급하게 되어 위치맞춤 정밀도의 향상이 곤란하고, 또 접속점 수가 극히 팽대하게 되어 접속부의 신뢰성이 낮다는 결점을 가진다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 결점을 없애고 박막 배선층의 층수가 많은 기판에 있어서도 수율이 좋고, 또 단시간에 박막 배선층 형성이 가능한 구조를 가지는 혼성기판을 제공하는데 있다. 또 본 발명의 다른 목적은 상기 혼성기판을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

이와같은 본 발명의 목적을 달성하는데는 먼저 다수의 적층수를 가지는 박막 배선층을 몇개의 층으로 이루어지는 유닛 배선부로 분할하고, 유닛간의 관통구멍부에 형성된 접속 패드를 개재시켜 접속한 구조로 하고 또 배선 유닛은 일시적으로 사용하는 기판(가기판)상에 형성함으로써 달성된다. 즉, 관통구멍부를 맞대어 유닛간의 전기적 접속을 행한후 가기판과 유닛 기판을 분리하고 그것을 반복함으로써 박막 배선층을 수율 좋고 또 단시간에 형성할 수 있는 것이다.

본 발명의 실장기판은 세라믹 또는 실리콘 기판상에 다층의 박막 배선부를 가지는 LSI 실장기판으로서, 상기 박막 배선부가 복수의 배선층으로 이루어지는 배선 유닛으로 분할되어 있고, 또 상기 유닛의 표면도체층과 동일면내에 형성된 접합 패드를 통하여 각 유닛간의 배선이 전기적으로 접속되는 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

또 상기 배선 유닛의 일부가 신호층과 전원층 및 접지층으로 구성되고, 상기 전원층 및 접지층이 양표면에 형성되고, 또 각층이 관통구멍에 의하여 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 배선 유닛의 전원층 및 접지층은 전면막이고, 그 전면막 내면에 전면막과는 전기적으로 절연된 패드가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 배선 유닛을 구성하는 배선층의 도체층은 동, 알루미늄, 금 또는 은 중 어느 하나의 금속으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 배선 유닛을 구성하는 배선층의 절연층은 폴리이미드로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 배선 유닛에 있어서, 접속을 위하여 서로 대향하는 2개의 유닛 표면의 도체 패턴의 형상이 동일한 것이 바람직하다.

또, 상기 배선 유닛간의 접합 패드의 크기가 각 내층배선을 연결하기 위한 관통구멍의 크기보다도 큰 것이 바람직하다.

한편, 상기 유닛은 상기 박막 배선의 구성요소와는 다른 가기판을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.

또, 상기 유닛은 박막 프로세스에 의하여 상기 가기판상에 형성되는 것이 바람직하다.

박막배선을 복수의 배선층을 가지는 유닛으로 분할하고 유닛간을 접속 패드 거쳐 접속하는 구조로 한 이유는 박막 배선층을 유닛 별로 분할하여 제작할 수 있고, 유닛간의 접속을 행하기 전에 양품과 불량품의 선별을 행함으로써 최종 수율을 대폭으로 향상시킬 수 있기 때문이다. 또, 각 유닛을 병렬하여 제작함으로써 실장기판을 제작하는 시간을 대폭으로 단축할 수 있다.

배선 유닛의 구조로서 신호층을 내층으로 하고 외층에 전원 접지층을 설치한 이유는 전원층 및 접지층이 기본적으로 전면막이기 때문에, 배선폭이 미세한 신호배선층이나 관통구멍을 보호할 수 있다는 것과 유닛간의 배선층을 연결하는 미세한 관통구멍보다도 큰 접속패드를 전원층 및 그래드층내에 형성할 수 있어 유닛간의 접속의 신뢰성을 높일 수가 있기 때문이다.

또, 상기 배선 유닛을 형성하는데 가기판을 사용하는 것은, 각 배선 유닛을 순차 프로세스로 형성할 수 있고, 순차 적층의 장점인 배선폭이나 배선피치의 미세화가 용이하고, 2개의 유닛간의 접속시의 위치맞춤 정밀도를 향상시킬 수 있고 또 접속시의 가압지그로서 이용하기 위해서이다.

또, 상기 가기판이 유닛간의 접속후, 유닛과의 분리를 용이하게 행할 수 있는 재질과 표면처리를 겸하고 있는 이유는, 유닛간의 접속부에 손상을 입히지 않고 가기판을 유닛으로부터 분리하기 위해서이다.

이하, 본 발명을 도면을 사용하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 의거한 실장기판의 단면구조를 나타낸다. 세라믹 기판(11)에 형성된 박막배선층(12)에는 집적도가 높은 LSI(13)가 납땜보올(14)로 접속되어 있다. 상기 박막배선층은 4개의 유닛(121,122,123,124)으로 구성되어 있다. 최상층의 유닛(124)을 제외한 각 유닛은, 서로 직교하는 2개의 신호 라인층(28,29)과 그 양측에 위치하는 전원층 및 접지층(27,30)으로 구성되어 있다. 최상층 유닛(124)은 LSI과의 접속을 행하기 위한 패드(15)와, 이 패드피치와 하층 유닛내의 관통구멍피치를 조정하기 위한 확대층(16) 구성되어 있으나, 경우에 따라서는 이 최상층중에 종단 저항층이나 전원층을 가하는 경우도 있다.

상기 각 유닛간의 접속은 유닛 표면의 전원층 및 접지층내에 형성된 서로 대향하는 접속패드(31)에 의하여 행해진다. 이 경우, 접속패드의 크기를 관통구멍(32)보다 크게 함으로써 접속을 용이하게 하여 접속부의 신뢰성을 높일 수가 있다. 또, 이접속에는 배선금속과는 상이한 저융점의 합금(33)이 사용되고, 가압상태에서 저융점 합금의 융점이상으로 가열함으로써 기계적으로도 전기적으로 확실한 접속을 행할 수가 있다.

각 유닛간의 접속 순서는 세라믹 기판측으로부터 순차 행하거나 박막 배선부의 각 유닛을 접속후 세라믹 기판과의 접속을 행해도 좋다.

이와같이 박막배선부를 몇개의 분할 유닛의 접속구조로 함으로써 각 유닛을 개별적으로 또 병렬적으로 제작, 검사 할수 있으므로 실장 기판으로서의 수율이 향상되고 또 단시간에 제작할 수 있다.

다음에 상기 배선 유닛의 제작방법을 설명한다. 각 배선 유닛은 박막 프로세스를 사용하여 제작한다. 박막 프로세스는 후막 프로세스에 비하여, 배선의 미세화가 용이하므로 최소선 폭을 10 내지 20㎛ 정도로 미세화 할수 있다. 그러나 선폭을 좁게 하면 배선저항이 증대하기 때문에, 두께를 두껍게 하여 저항의 증대를 방지할 필요가 있다. 예를 들면 선폭 20㎛의 경우, 두께도 20㎛ 이상이 바람직하고, 배선단면의 아스펙트비가 1이상이 된다. 따라서 이와같은 두꺼운 막으로 구조되는 유닛 기판을 제작하는 데는 도체형성에 도금법을 사용하고, 절연막 형성에는 폴리이미드 왁스를 두껍게 도포하여 열경화 하는 방법이 사용된다.

제2도는 동과 폴리이미드를 사용한 4층으로 구성되는 유닛을 작성하는 방법을 나타낸 것이다. 먼저, 동이나 폴리이미드 막의 형성에 의하여 변형하지 않는 충분한 강성과 평탄성을 가지고, 또한 배선 유닛과의 접착력을 적정한 범위로 조정한 표면(22)을 가지는 가기판(21)을 준비하고, 그 위에 전원층 또는 접지층이 되는 Cu막(23)을 도금법에 의하여 형성한다.

이어서 포토레지스트(24)를 사용하여 패턴을 형성후, Cu막(23)의 엣칭을 행한다. 다시 폴리이미드 왁스의 도포, 열경화를 행한후, 폴리이미드층(25)의 일부를 엣칭에 의하여 개구하여 관통구멍(26)을 형성한다.

또 관통구멍을 도금법에 의하여 Cu로 메움으로써 제1층째(27)의 배선형성을 종료한다. 마찬가지의 프로세스를 반복함으로써 제2층(28), 제3층(29), 제4층(30)의 도체 배선의 형성을 완료한다. 마지막으로 4층째의 도체층내에 설치된 접속 패드표면(31)에 Au-Sn, Au-Si 또는 Pb-Sn 등의 합금막(32)이 형성된다.

이 프로세스에 있어서 기판에 충분한 평탄성과 강성이 필요한 것은 제4층째의 전원층내에 형성되는 접속 패드의 높이를 균일하게 맞추고, 다음에 행하는 유닛 간의 접속을 확실하게 행하기 위해서이다.

또 프로세스 기판에유닛, 즉, 제1층째의 Cu막과의 접착력을 적정한 범위로 조정한 것을 사용한 것은 상기 배선 유닛을 형성하는 동안은 가기판으로부터 박리되는 일 없고, 또 유닛간의 접속을 행한 다음은 접속부에 손상을 입히는 일 없이 가기판을 분리할 수 있도록 하기 위해서이다. 이를 위해서는 유닛 기판의 재질과 표면 거칠음을 선정할 필요가 있다. Cu 막의 경우, 스텐레스가 최적이고, 표면 거칠음을 변화시킴으로써 접착력을 조절할 수 있다. 접착력은 상기 배선 유닛을 제작하는 과정에서 박리나 분리가 발생하지 않는 것이고, 또 유닛간의 접착력보다도 작은 범위로 조정할 필요가 있다.

제3도는 유닛간의 접속 방법을 나타낸다. 유닛간의 접속에는 유닛을 제작하기 위하여 사용한 가기판(21)을 유닛의 캐리어 및 접합 지그로서 그대로 사용한다. 즉 가기판상에 형성된 유닛(122)끼리가 서로 대향하도록 배치하고, 접속 패드의 위치맞춤을 행하고 나서 가압을 행하여 패드 면의 납땜(33)이 용융하는 온도로 가열하여 접속을 행한다.

그 후 프로세스 기판만 배선 유닛으로부터 분리하여 1개의 유닛의 접속이 완성된다. 이것을 반복함으로써 모든 유닛의 접속을 종료할 수가 있다.

이경우 프로세스 기판을 분리할 때의 접속 패드의 파괴가 염려되는 경우에는 다른 부분도 납땜 또는 열경화성 수지등으로 접합 유닛간의 접착강도를 보강해도 좋다.

또, 유닛간의 위치맞춤을 고정밀도로 행하는 경우에는 유닛끼리를 대향시키기 전에 프로세스 기판상의 패턴 위치를 이미지 센서로 판독하여, 그 데이터를 기초로 자동정렬을 행하도록 한다.

이상 본 발명에 의하면 적층수가 많은 박막 다층배선을 유닛별로 분할하여 제작할 수 있고, 또 각 유닛별로 검사할 수 있기 때문에 전체로서의 수율이 비약적으로 향상하고 또 시스템 효율을 짧게 할 수 있는 효과가 있다.

또, 가기판을 사용하여 배선유닛을 형성함으로써 미세한 선폭을 가진 신호층의 형성이 용이해지고, 또 각 유닛간의 접속을 위한 위치맞춤 제작의 정밀도가 향상하여 접속의 신뢰성을 높이는 효과가 있다.

또 본 발명의 실장기판을 사용하여 계산기를 제작함으로써 계산기 전체의 신뢰성을 높일 수가 있다.

Claims (9)

1. 세라믹 또는 실리콘 기판상에 다층의 박막 배선부를 가지는 LSI 실장기판에 있어서, 상기 박막 배선부가 복수의 배선층으로 이루어지는 배선 유닛으로 분할되어 있고, 또 상기 유닛의 표면 도체층과 동일면내에 형성된 접합패드를 통하여 각 유닛간의 배선이 전기적으로 접속되는 구조를 가지는 실장기판.
2. 제1항에 있어서, 상기 배선유닛의 일부가 신호층과 전원층 및 접지층으로 구성되고, 상기 전원층 및 접지층이 양표면에 형성되고, 또 각층이 관통구멍에 의하여 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 실장기판.
3. 제2항에 있어서, 상기 배선 유닛의 전원층 및 접지층은 전면막이고, 그 전면막면내에 전면막과는 전기적으로 절연된 패드가 형성되어 있는 것을 특지로 하는 실장기판.
4. 제1항에 있어서, 상기 배선 유닛을 구성하는 배선층의 도체층이 동, 알루미늄, 금 또는 은중 어느 하나의 금속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실장기판.
5. 제1항에 있어서, 상기 배선 유닛을 구성하는 배선층의 절연층이 폴리이미드로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실장기판.
6. 제1항에 있어서, 상기 배선유닛에 있어서, 접속을 위하여 서로 대향하는 2개의 유닛 표면의 도체 패턴의 형상이 동일한 것을 특징으로 하는 실장기판.
7. 제1항에 있어서, 상기 배선 유닛간의 접합 패드의 크기가 각 내층배선을 연결하기 위한 관통구멍의 크기보다도 큰 것을 특징으로 하는 실장기판.
8. 제1항에 있어서, 상기 유닛은 상기 박막 배선의 구성요소와는 다른 가기판을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 실장기판.
9. 제1항에 있어서, 상기 유닛은 박막 프로세서에 의하여 상기 가기판상에 형성되는 것을 특징으로 하는 실장기판.

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