专利名称：多层基板的制作方法
技术领域：
本发明涉及多层基板，特别是涉及适合于高密度布线的半导体元件的多层基板。
近年来，半导体元件的图形趋于微细化，设置在半导体元件上的与外部的连接端子趋于高密度化。
图8的符号110示出了半导体元件，在元件本体111上形成了晶体管等的微细元件。在该元件本体111内利用微细元件形成了电子电路，在元件本体111的表面上设置了将电子电路与外部连接用的焊锡的凸起112。
符号130示出了在具有铜布线的表面上设置了键合区(bondingland)的母板。由于与母板130的铜布线间距相比，半导体元件110的凸起112的间距较窄，故不能直接安装在母板130上。
因此，在现有技术中，为了导电性地连接半导体元件110与母板130，用形成了微细的布线图形的树脂膜121和设置在该树脂膜121上的间距窄的凸起122构成插入板(interposer)120，将间距窄的半导体元件110的凸起112连接到插入板120的微细的布线图形上，在插入板120的内部进行间距的变换，将插入板120的凸起122连接到母板130上的键合焊区(bonding pad)上。
近年来，由于半导体元件110的凸起112的数目增加，故上述那样的插入板120成为多层结构，层叠了多层导电层和树脂层。
但是，在多层结构的插入板120上安装半导体元件110时，产生半导体元件110的凸起112受到破坏的问题。
本发明的发明者在研究半导体元件110和插入板120的特性后发现了，半导体元件110的热膨胀系数(线膨胀系数)为2．6ppm／℃，而现有技术的多层结构的插入板120的热膨胀系数为30ppm／℃。
在将半导体元件110经上述那样的高热膨胀系数的插入板安装在母板130上时，可知，由于半导体元件110与插入板的热膨胀系数的值不同，故在连接部分处产生大的应力，半导体元件110的凸起112发生热疲劳，最终受到破坏。
本发明是为了解决上述现有技术的问题而进行的，其目的在于提供一种能构成不产生连接部处的破坏的插入板或基板的多层基板。
本发明是一种交替地层叠多层树脂层与导电层而被构成的多层基板，是一种在被层叠的状态下的基板扩展方向的热膨胀系数不到10ppm／℃的多层基板。
在本发明的一形态中，可使用膜扩展方向的热膨胀系数不到10ppm／℃的聚酰亚胺膜作为各树脂层，而且，可使用膜扩展方向的热膨胀系数为10ppm／℃以上的金属膜作为各导电层。
在本发明的另一形态中，可用膜扩展方向的热膨胀系数为2ppm／℃以上5ppm／℃以下的范围的第1种聚酰亚胺膜构成上述多层树脂层中的至少一层，用膜扩展方向的热膨胀系数超过5ppm／℃且在30ppm／℃以下的范围的第2种聚酰亚胺膜构成至少另一层，而且，可使用扩展方向的热膨胀系数为10ppm／℃以上的金属膜作为上述各导电层。
此外，在本发明的另一形态中，可将膜扩展方向的热膨胀系数为2ppm／℃以上5ppm／℃以下的范围的第1种聚酰亚胺膜和膜扩展方向的热膨胀系数超过5ppm／℃且在30ppm／℃以下的范围的第2种聚酰亚胺膜的某一方的聚酰亚胺膜配置成上述树脂层中的至少一层，而且，可使用扩展方向的热膨胀系数为10ppm／℃以上的金属膜作为上述各导电层。
该多层基板可具有3层以上的上述树脂层，在配置了上述树脂层的至少2层以上的上述第2种聚酰亚胺膜的情况下，可将上述第1种聚酰亚胺膜配置成位于配置了上述第2种聚酰亚胺膜的上述树脂层之间的树脂层。
与此相反，可具有3层以上的上述树脂层，在配置了上述树脂层的至少2层以上的上述第1种聚酰亚胺膜的情况下，可将上述第2种聚酰亚胺膜配置成位于配置了上述第1种聚酰亚胺膜的上述树脂层之间的树脂层。
在哪一种情况下，都是将第1种或第2种聚酰亚胺膜的一方的聚酰亚胺膜配置在该多层基板的厚度方向的大致中央位置，将另一方的聚酰亚胺膜配置在上述多层基板的表面附近。
此外，在本发明的多层基板中，可在其至少单面上设置其前端从多层基板表面突出的多个导电性的凸起。
此外，在该多层基板的至少单面上，可使上述导电层部分地露出。可在与使上述导电层露出的部分相同的面上设置上述导电性的凸起，也可在相反一侧的面上设置上述导电性的凸起。
可在以上的多层基板上连接IC、LSI、或分立元件等半导体元件，构成半导体装置。
本发明的多层基板如上述那样来构成，由于半导体元件的热膨胀系数接近于2．6ppm／℃，故可减小施加到半导体元件与多层基板之间的连接部分处的热应力，难以产生因热疲劳引起的破坏。
此外，由于本发明的多层基板的热膨胀系数是母板的热膨胀系数13～17ppm／℃与半导体元件的热膨胀系数2．6ppm／℃之间的值，在使用本发明的多层基板作为配置在母板与半导体元件之间的插入板的情况下，可缓和母板的大的热收缩。
在使用10ppm／℃以上的热膨胀系数的导电层、打算得到不到10ppm／℃的层叠基板的情况下，可使该导电层与不到10ppm／℃的树脂层层叠起来即可。
此外，在打算得到所希望的热膨胀系数的多层基板的情况下，因为难以控制导电层或树脂层本身的热膨胀系数，故使用不同的热膨胀系数的树脂层，使其与导电层层叠起来即可。在使不同的热膨胀系数的树脂层层叠起来的情况下，可将超过10ppm／℃的树脂层与不到10ppm／℃的树脂层组合起来。
图1是本发明的第1例的多层基板的剖面图。
图2(a)、(b)是说明本发明的第1实施例的多层基板和半导体装置用的图。
图3(a)、(b)是说明本发明的第2实施例的多层基板和半导体装置用的图。
图4(a)、(b)是说明本发明的第3实施例的多层基板和半导体装置用的图。
图5(a)、(b)是说明本发明的第4实施例的多层基板和半导体装置用的图。
图6(a)、(b)是说明本发明的第5实施例的多层基板和半导体装置用的图。
图7是测定中使用了的本发明的多层基板的剖面图。
图8是说明现有技术的插入板用的图。
图7的符号9示出了本发明的一实施例的多层基板。
以下述顺序交替地层叠5层树脂层A1-A5与6层导电层B1-B6构成该多层基板9。
使用膜厚为12μm、热膨胀系数为2lppm／℃的铜膜作为导电层B1～B6，使用聚酰亚胺膜作为树脂层A1-A5。改变聚酰亚胺膜的热膨胀系数与膜厚的组合，制造第1一第3评价用层叠基板，测定了热膨胀系数。在下述表1中示出测定结果。
表1表1评价结果<
第l评价用基板使用了膜扩展方向的热膨胀系数为5ppm／℃以下(在此，全部为3ppm／℃)的聚酰亚胺膜作为全部5层的聚酰亚胺膜(树脂层)A1～A5。
第2评价用基板使用了热膨胀系数为2ppm／℃以上5ppm／℃以下(在此，3层全部为3ppm／℃)的聚酰亚胺膜作为多层基板9的厚度方向中央部分的3层聚酰亚胺膜A2～A4，而且，使用了热膨胀系数超过5ppm／℃且为30ppm／℃以下(在此，为15ppm／℃)的聚酰亚胺膜作为表面层部分的聚酰亚胺膜A1、A5。
第3评价用基板与第2评价用基板相反，使用了热膨胀系数超过5ppm／℃且为30ppm／℃以下(在此，为18ppm／℃)的聚酰亚胺膜只作为多层基板9的厚度方向中央部分的1层聚酰亚胺膜A3，而且，使用了热膨胀系数为2ppm／℃以上5ppm／℃以下(在此，4层全部为4ppm／℃)的聚酰亚胺膜作为表面部分的聚酰亚胺膜A1、A2、A4、A5。
如从上述表1可知，在第1～第3评价用基板中，整体的热膨胀系数不到10ppm／℃。
再有，热膨胀系数为3ppm／℃的聚酰亚胺膜可使聚二氨基联苯、3，3二甲基4，4二氨基联苯、2甲基聚二氨基苯等的胺与无水苯均四酸、或3，4，3’，4’联苯四碳酸二无水物等的酸反应来得到。
为了形成热膨胀系数为15ppm／℃的聚酰亚胺膜，可使用无水苯均四酸或3，4，3’，4’联苯四碳酸二无水物等的酸作为酸。此外，可使用3，3’嘧啶4，4’二氨基联苯、4，4’二氨基联苯醚、二氨基比啶、4，4’二氨基苯苯基苯胺作为胺。
实施例其次，说明使用本发明的多层基板来安装半导体元件的情况。
参照图1，符号1表示本发明的第1例的多层基板。
该多层基板1具有各6层树脂层11～16和导电层21～26。
导电层21～26由膜厚为12μm的铜膜构成，树脂层11～16由聚酰亚胺膜构成。
导电层21～26与树脂层11～16逐层交替地配置，以导电层21～26相互间不接触的方式进行了层叠。
在位于导电层21～26间的树脂层11～16的规定位置上形成了孔。利用电镀法等在各孔内充填导电性物质(在此，是铜)，利用充填物形成了栓(plug)30。
将导电层21～26构图为规定形状，形成了在各导电层21～26的膜扩展方向上延伸的布线。利用栓30导电性地连接各层的布线间。
利用在表面上露出的导电层26，在该多层基板1上设置了键合区，在半导体元件等上设置的凸起物可与该键合区连接。
在背面一侧，在最下层的导电层21上设置了导电性的凸起(在此，是铜凸点)31。背面一侧的导电层21被树脂层11覆盖，导电性的凸起31的前端从树脂层11突出。
图2(a)的符号1是上述第1例的多层基板，如果使多层基板1的导电性的凸起31朝向母板42表面的布线图形，此外，使半导体元件110的凸起112朝向多层基板1的导电层26来进行连接，则可得到该图(b)中示出的本发明的半导体装置51。在该半导体装置51中，半导体元件110内的电子电路通过多层基板1内的导电层21～26和栓30与设置在母板42上的布线图形连接。
该层叠结构的多层基板1(以及后述的第2例以后的多层基板2～5)的整体的膜扩展方向的热膨胀系数不到10ppm／℃，在半导体元件110的凸起112或多层基板1的导电性的凸起31中不会产生因热疲劳引起的破坏。
实施例图3的符号2为本发明的第2例的多层基板，其结构与第1例的多层基板1相同。
在此，第2例的多层基板2代替图2(a)、(b)的母板42而被使用，如果使用没有凸起的插入板125来连接在多层基板2的表面上形成的导电性的凸起32与半导体元件110的凸起112，则可制造本发明的半导体装置52。
即使在该半导体装置52，如果使用单层基板作为插入板125，则由于单层基板的热膨胀系数接近于金属膜(铜膜)的热膨胀系数，故与第1例的多层基板1相同，不产生半导体元件110的凸起的破坏。
实施例图4(a)、(b)的符号2与图3(a)、(b)中示出的符号相同，是本发明的第2例的多层基板，符号3是在表面和背面上设置了键合区的本发明的第3例的多层基板。
将该第3例的多层基板3用作插入板，如果如图4(a)中所示，将其配置在半导体元件110与多层基板2之间，将半导体元件的凸起112和第2例的多层基板3的凸起32安装在第3例的多层基板3的键合区上，则可制造本发明的半导体装置53。
实施例图5(a)、(b)的符号4表示本发明的第4实施例的多层基板。该多层基板4没有凸起，如果直接将半导体元件110的凸起112连接到设置在其表面上的键合区上，则可制造本发明的半导体装置54。
实施例图6(a)、(b)的符号5表示本发明的第5实施例的多层基板。该多层基板5以窄间距的凸起33在表面上露出的方式被形成，如果使没有凸起的半导体元件115的键合区与窄间距的凸起33的前端接触并连接起来，则可得到本发明的半导体装置55。
如以上所说明的那样，本发明的多层基板可用作母板，也可用作插入板。此外，本发明的多层基板中包含形成了凸起的基板和没有形成凸起的基板这两者。即使铜膜等的导电层在表面上露出，也可由聚酰亚胺膜等的树脂层来保护。
本发明的多层基板和半导体装置中被使用的导电层不限定于铜膜，树脂层也不限定于聚酰亚胺膜。
此外，各层的导电层可以是用铜、铝、金、银等电镀了的层或层叠了这些不同的导电体的层。此外，各树脂层可以是层叠了具有不同的热膨胀系数的树脂层的层，也可以是由丙烯酸树脂或环氧树脂等的聚酰亚胺树脂以外的树脂构成的树脂层，或层叠了聚酰亚胺树脂以外的该树脂层的层，或层叠了聚酰亚胺以外的树脂层与聚酰亚胺树脂层的层。
如上所述，由于本发明的多层基板的热膨胀系数接近于半导体元件的热膨胀系数，故不产生因热疲劳引起的连接部分的破坏。
权利要求
1．一种交替地层叠多层树脂层与导电层而被构成的多层基板，其特征在于上述多层基板在被层叠的状态下的基板扩展方向的热膨胀系数不到10ppm／℃。
2．如权利要求1中所述的多层基板，其特征在于使用膜扩展方向的热膨胀系数不到10ppm／℃的聚酰亚胺膜作为上述各树脂层，使用膜扩展方向的热膨胀系数为10ppm／℃以上的金属膜作为上述各导电层。
3．如权利要求1中所述的多层基板，其特征在于用膜扩展方向的热膨胀系数为2ppm／℃以上5ppm／℃以下的范围的第1种聚酰亚胺膜构成上述多层树脂层中的至少一层，用膜扩展方向的热膨胀系数超过5ppm／℃且在30ppm／℃以下的范围的第2种聚酰亚胺膜构成至少另一层，使用扩展方向的热膨胀系数为10ppm／℃以上的金属膜作为上述各导电层。
4．如权利要求1中所述的多层基板，其特征在于上述树脂层中的至少一层具有膜扩展方向的热膨胀系数为2ppm／℃以上5ppm／℃以下的范围的第1种聚酰亚胺膜和膜扩展方向的热膨胀系数超过5ppm／℃且在30ppm／℃以下的范围的第2种聚酰亚胺膜的某一方的聚酰亚胺膜，使用扩展方向的热膨胀系数为10ppm／℃以上的金属膜作为上述各导电层。
5．如权利要求3中所述的多层基板，其特征在于具有3层以上的上述树脂层，配置了上述树脂层的至少2层以上的上述第2种聚酰亚胺膜，将上述第1种聚酰亚胺膜配置成位于配置了上述第2种聚酰亚胺膜的上述树脂层之间的树脂层。
6．如权利要求3中所述的多层基板，其特征在于具有3层以上的上述树脂层，配置了上述树脂层的至少2层以上的上述第1种聚酰亚胺膜，将上述第2种聚酰亚胺膜配置成位于配置了上述第1种聚酰亚胺膜的上述树脂层之间的树脂层。
7．如权利要求1中所述的多层基板，其特征在于在该多层基板的至少单面上设置其前端从上述多层基板表面突出的多个导电性的凸起。
8．如权利要求2中所述的多层基板，其特征在于在该多层基板的至少单面上设置其前端从上述多层基板表面突出的多个导电性的凸起。
9．如权利要求3中所述的多层基板，其特征在于在该多层基板的至少单面上设置其前端从上述多层基板表面突出的多个导电性的凸起。
1O．如权利要求1中所述的多层基板，其特征在于在该多层基板的至少单面上，使上述导电层部分地露出。
11．如权利要求2中所述的多层基板，其特征在于在该多层基板的至少单面上，使上述导电层部分地露出。
12．如权利要求3中所述的多层基板，其特征在于在该多层基板的至少单面上，使上述导电层部分地露出。
13．如权利要求7中所述的多层基板，其特征在于至少在与设置了上述导电性的凸起的面相反的面上，使上述金属层部分地露出。
14．如权利要求8中所述的多层基板，其特征在于至少在与设置了上述导电性的凸起的面相反的面上，使上述金属层部分地露出。
15．如权利要求9中所述的多层基板，其特征在于至少在与设置了上述导电性的凸起的面相反的面上，使上述金属层部分地露出。
16．一种半导体装置，其特征在于，具有多层基板，交替地层叠多层树脂层与导电层，在被层叠的状态下的基板扩展方向的热膨胀系数不到10ppm／℃；以及半导体元件，与上述导电层的至少1层连接。
17．如权利要求16中所述的半导体装置，其特征在于使用膜扩展方向的热膨胀系数不到10ppm／℃的聚酰亚胺膜作为上述多层基板的上述各树脂层，使用膜扩展方向的热膨胀系数为10ppm／℃以上的金属膜作为上述各导电层。
18．如权利要求16中所述的半导体装置，其特征在于用膜扩展方向的热膨胀系数为2ppm／℃以上5ppm／℃以下的范围的第1种聚酰亚胺膜构成上述多层基板的上述多层树脂层中的至少一层，用膜扩展方向的热膨胀系数超过5ppm／℃且在30ppm／℃以下的范围的第2种聚酰亚胺膜构成至少另一层，使用扩展方向的热膨胀系数为10ppm／℃以上的金属膜作为上述各导电层。
19．如权利要求16中所述的半导体装置，其特征在于上述多层基板的上述树脂层中的至少一层具有膜扩展方向的热膨胀系数为2ppm／℃以上5ppm／℃以下的范围的第1种聚酰亚胺膜和膜扩展方向的热膨胀系数超过5ppm／℃且在30ppm／℃以下的范围的第2种聚酰亚胺膜的某一方的聚酰亚胺膜，使用扩展方向的热膨胀系数为10ppm／℃以上的金属膜作为上述各导电层。
20．如权利要求16中所述的半导体装置，其特征在于在上述多层基板的与配置了上述半导体元件的面相反一侧的面上设置了多个其前端从上述多层基板表面突出的多个导电性的凸起。
全文摘要
本发明提供一种没有因热疲劳引起的连接部分的破坏的多层基板。本发明的多层基板1中,交替地层叠了聚酰亚胺膜11～16与铜膜21～26。通过使聚酰亚胺膜11～16的热膨胀系数为2～5ppm/℃,可使多层基板1整体的热膨胀系数不到10ppm/℃。由于接近于所安装的半导体元件的热膨胀系数,故与半导体元件的连接部分不受到破坏。可将本发明的多层基板1用作插入板或母板。
文档编号H05K1/02GK1279157SQ00118480
公开日2001年1月10日 申请日期2000年6月28日 优先权日1999年6月29日
发明者栗田英之, 中村雅之 申请人:索尼化学株式会社