フリップチップ搭載用多層プリント配線板
【課題】 内層金属芯と外層金属箔との接続性、放熱性、吸湿後の耐熱性等に優れたフリップチップボンディング用多層プリント配線板を得る。
【解決手段】 表面は台形状の金属突起、裏面は複数個の円錐台形状金属突起を有する金属芯を用いたボールグリッドアレイの半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板であって、多層積層時に表面平坦な両面銅張多層板とし、表面の半導体チップを搭載する台形状突起部上に流れ出した樹脂層をサンドブラスト法で除去して露出し、裏面は円錐台形状突起部先端が裏層銅箔と接続するように形成された熱放散用ハンダボールパッドとする。さらに、熱硬化性樹脂として多官能性シアン酸エステル系樹脂組成物を用いる。
【効果】 内層金属芯と裏面外層金属箔層との接続性、熱の放散性、吸湿後の耐熱性、プレッシャークッカー後の絶縁性、耐マイグレーション性などに優れ、大量生産性に適した新規な構造のフリップチップ搭載用プリント配線板を得ることができた。
【解決手段】 表面は台形状の金属突起、裏面は複数個の円錐台形状金属突起を有する金属芯を用いたボールグリッドアレイの半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板であって、多層積層時に表面平坦な両面銅張多層板とし、表面の半導体チップを搭載する台形状突起部上に流れ出した樹脂層をサンドブラスト法で除去して露出し、裏面は円錐台形状突起部先端が裏層銅箔と接続するように形成された熱放散用ハンダボールパッドとする。さらに、熱硬化性樹脂として多官能性シアン酸エステル系樹脂組成物を用いる。
【効果】 内層金属芯と裏面外層金属箔層との接続性、熱の放散性、吸湿後の耐熱性、プレッシャークッカー後の絶縁性、耐マイグレーション性などに優れ、大量生産性に適した新規な構造のフリップチップ搭載用プリント配線板を得ることができた。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップを少なくとも1個小型プリント配線板にフリップチップボンディングにて搭載した形の、新規な金属芯入りフリップチップ搭載用多層プリント配線板に関する。得られたプリント配線板は、マイクロプロセッサー、マイクロコントローラー、ASIC、グラフィック等の比較的高ワットで、多端子高密度の半導体プラスチックパッケージとして使用される。本半導体プラスチックパッケージは、ハンダボールを用いてマザーボードプリント配線板に実装して電子機器として使用される。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体プラスチックパッケージとして、プラスチックボールグリッドアレイ(P-BGA)やプラスチックランドグリッドアレイ(P-LGA)等、プラスチックプリント配線板の上面に半導体チップを固定し、このチップを、プリント配線板上面に形成された導体回路にワイヤボンディングで結合するか、フリップチップボンディングで結合し、プリント配線板の下面にはハンダボールを用いて、マザーボードプリント配線板と接続するための導体パッドを形成し、表裏回路導体がメッキされたスルーホールで接続され、ワイヤボンディングでは半導体チップ、ボンディングワイヤ、ボンディングパッドが樹脂封止されている構造の半導体プラスチックパッケージは公知である。本公知構造において、半導体から発生する熱をマザーボードプリント配線板に拡散させるため、半導体チップを固定するための上面の金属箔から下面に接続するメッキされた熱拡散用スルーホールが形成されている。
【０００３】ワイヤボンディング法で接続し、樹脂封止された半導体プラスチックパッケージは、スルーホール孔を通して、水分が半導体固定に使われている銀粉入り樹脂接着剤に吸湿され、マザーボードへの実装時の加熱により、また、半導体部品をマザーボードから取り外す際の加熱により、層間フクレを生じる危険性があり、これはポップコーン現象と呼ばれている。このポップコーン現象が発生した場合、半導体プラスチックパッケージは使用不能となることが多く、この現象を大幅に改善する必要がある。
【０００４】フリップチップボンディング法で接続した半導体プラスチックパッケージの場合、一般的には樹脂封止を行わないが、半導体チップのバンプをプリント配線板に接続し、そのバンプの隙間をアンダーフィルレジンで充填して固定する。この場合もプリント配線板の下面からの吸湿後の耐熱性は重要である。また、半導体の高機能化、高密度化は、ますます発熱量の増大を意味し、熱放散用のための半導体チップ直下のスルーホールのみでは熱の放散は不十分となってきている。フリップチップボンデイング法で半導体チップを搭載する場合、搭載するプリント配線板の表面は平担であることが要求され、更に高密度となると発熱量が大きく、発生する熱を放散する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の問題点を改善した、フリップチップボンディング法により半導体チップのバンプをプラスチックプリント配線板に接続する半導体プラスチックパッケージに使用する金属芯入り多層プリント配線板を提供する。
【０００６】
【発明が解決するための手段】本発明は、プリント配線板の厚さ方向の一部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板を配置し、その金属板の半導体チップ搭載側に台形状突起部を設け、該突起部表面の少なくとも一部を露出し、露出した金属突起部が周囲の回路と同一平面上となるようにし、フリップチップボンディングによって半導体チップをプラスチックプリント配線板に接続してなる半導体プラスチックパッケージに使用する、金属芯を有する多層プリント配線板に関する。即ち本発明は、半導体チップ裏面のほぼ中央部に形成された熱放散用バンプを接続する位置に多層プリント配線板内の金属芯に設けた台形状突起部の少なくとも一部を表面に露出させ、該表面は周囲の回路と同一平面上にあり、半導体チップ裏面の中央部の周辺に形成した信号用バンプを接続する位置に、信号用バンプを接続するための半導体パッドを形成し、半導体チップの外側に位置するプリント配線板周辺に形成した表裏導通用スルーホールを、表面導体回路とブラインド導通孔で接続した２層目の回路導体と結線し、半導体チップ搭載面とは反対側のプリント配線板表面に表裏導通用スルーホールのパッドと接続したハンダボール用導体パッドを形成し、また、金属芯の台形状突起部のほぼ反対面の同位置に、金属芯と一体で形成した円錐台形状の突起部を形成し、該突起部を銅箔と接触させ、該銅箔表面に熱放散用ハンダボールを形成する場所を設け、信号用表裏導通用スルーホールを、熱硬化性樹脂を埋め込んだクリアランスホールまたはスリット孔のほぼ中央に形成し、該導通用スルーホールは金属芯と絶縁されている形態のプリント配線板である。更には台形状突起部表面に流れ出した樹脂を、サンドブラスト法で、少なくとも半導体チップの下面に形成された放熱用バンプを搭載する面積の金属板表面が露出するように処理して得られる、両面銅張多層板を用いたプリント配線板である。このプリント配線板をフリップチップボンディング法によりフリップチップを接合する。放熱用円錐台形状突起はプリント配線板の周囲にも作成することは可能である。このプリント配線板は小さい半導体チップを表面の台形状突起部へ熱伝導性接着剤で接着させ、ワイヤボンディングで回路と接続することも可能である。
【０００７】得られた半導体プラスチックパッケージは、電気、熱伝導性に優れ、半導体チップの下面からの吸湿がなく、吸湿後の耐熱性が大幅に改善できる。さらには、熱硬化性樹脂として多官能性シアン酸エステル組成物を用いることにより、プレッシャークッカー後の電気絶縁性、耐マイグレーション性等に優れた半導体プラスチックパッケージを得ることができる。、加えて大量生産にも適しており、経済性の改善された、新規な構造の半導体プラスチックパッケージが提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明で製造された銅張板を用いて作成された半導体プラスチックパッケージは、厚み方向の一部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板が配置しており、その金属板の表面に台形状突起部を設け、該突起部表面の少なくとも一部を露出させ、露出した突起部と周囲の回路導体とを同一平面上に位置するようにし、この上にフリップチップボンディング法にてフリップチップを接合した形態の半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板において、該金属板の台形状突起部以外の箇所にはスルーホール用のクリアランスホールまたはスリット孔を形成し、裏面には円錐台形状の複数の突起を形成する。台形状突起部よりやや大きめにくりぬいたプリプレグ、樹脂シート、或いは塗布樹脂層を配置する。半導体チップ搭載側は両面銅張板を用い、信号用バンプを接続する位置にスルーホール、或いは回路側がブラインドとなるようにブラインド孔を形成し、必要によりデスミア処理を施し、銅メッキし、化学処理を施す。このような両面銅張板或いは両面多層銅張板を、回路側が内側に向くように配置して積層成形後に金属芯の台形状突起部表面と同一平面上になるようにして配置する。裏面には円錐台形状突起部の面積よりやや大きめにくりぬいたプリプレグ、樹脂シート或いは塗布樹脂層を、好適には円錐台形状突起部の高さより積層成形後にやや低めとなるように配置し、その外側に銅箔を配置し、加熱、加圧下に積層成形する。このようにして、表面は金属芯の台形状突起部と周囲の銅箔の高さが平坦となるように作成し、裏面の金属円錐台形状突起の先端部は表面銅箔に一部くい込んだ形で接触して作成された両面銅張多層板を作成する。台形状突起部上に流れ出した樹脂層を、好適にはサンドブラスト法にて、少なくとも半導体チップを搭載する面積だけ金属面が露出するように処理する。熱硬化性樹脂で樹脂充填されたクリアランスホール又はスリット孔のほぼ中央にスルーホールを内層の金属芯に接触しないようにドリル、或いはレーザー等であけ、必要によりデスミア処理を施し、全体を銅メッキ後、定法にて表裏に回路形成を行い、少なくとも、表面の半導体チップを搭載する台形状突起部及びランド部上、裏面のハンダボールパッド部を除いてメッキレジストで被覆し、ニッケルメッキ、金メッキを施してプリント配線板を作成する。
【０００９】公知のスルーホールを有する金属芯プリント配線板の上面に半導体チップを固定する方法においては、従来のP-BGAパッケージと同様に半導体チップからの熱は直下の熱放散用スルーホールに落として熱放散せざるを得ず、ポプコーン現象は改善できない。本発明は、金属芯とする金属平板の両面に、あらかじめ公知のエッチング等の方法で、表面には台形状突起部、裏面は円錐台形状突起部を形成し、その周辺にクリアランスホール又はスリット孔をあける。その後、その金属板の表面に、公知の方法で酸化処理、微細凹凸形成、皮膜形成などの接着性や電気絶縁性向上のための表面処理を必要により施す。
【００１０】該表面処理された金属芯の両面に台形状突起部あるいは円錐台形状突起部の面積よりやや大きめに孔をあけたプリプレグ或いは樹脂シートを、裏面は樹脂層を好適には金属突起より５〜１０μm低くなるように形成し、表側には両面銅張板にスルーホール、及び／又はブラインド孔を形成し、必要によりデスミア処理し、銅メッキし、ブラインド孔のブラインド側となる面に回路を形成し、必要により表面処理された両面銅張板或いは両面銅張多層板を、回路側が内側を向くように配置し、裏面には銅箔を配置し、積層成形後に台形状突起と平坦となるように配置し、加熱、加圧、好ましくは真空下に、積層成形して、内層金属芯入り両面銅張板を製造する。
【００１１】この両面銅張板の半導体チップを搭載する台形状突起部上及び／又はスルーホール部（図１、d）銅箔上に流れ出した樹脂を、好適にはサンドブラスト法にて除去し、少なくとも表面の半導体チップ搭載部となる台形状突起部上、フリップチップバンプを接続する回路上、裏面のハンダボールを接合するボールパッド上を除いてメッキレジストで被覆し、ニッケルメッキ、金メッキを施し、プリント配線板とする。
【００１２】金属芯の形成方法としては、特に限定しないが、例えば、まず金属平板両面の、金属突起部を形成する範囲のメッキレジストを残して、エッチングにて厚さ方向に、金属板の約1/2をエッチング除去し、エッチングレジストを除去後、再び全面を液状のエッチングレジストで覆い、裏面の円錐台形状金属突起部を形成する箇所にエッチングレジストを円形で残し、表面の台形状の突起部分も同様にエッチングレジストを残し、同時にクリアランスホール又はスリット孔を形成する箇所のエッチングレジストを除去し、両側からエッチング液にてエッチングして表面は台形状突起、裏面は円錐台形状突起を形成すると同時に、クリアランスホール又はスリット孔を形成する方法等で金属芯を作成する。
【００１３】金属芯は、好適には表面化学処理を施し、金属芯の表面の台形状突起の部分には、その形状の面積よりやや大きめのプリプレグ、樹脂シート、或いは塗布樹脂層を配置し、その外側に、銅張積層板にスルーホール及びブラインド孔を形成し、必要によりデスミア処理し、銅メッキし、ブラインド孔のブラインド側に回路を形成し、化学処理した両面銅張板或いは両面銅張多層板を、回路側が内側を向くように配置する。一方、複数個の円錐台形突起を形成された裏面には、円錐台形状突起部の面積よりやや大きめの孔をあけたプリプレグ、樹脂シート、或いは塗布樹脂層を、円錐台形状突起の高さより積層成形後にやや低めになるように配置し、その外側に金属箔を配置する。これらを、加熱、加圧下、好ましくは真空下に積層成形する。この際、クリアランスホール又はスリット孔に熱硬化性樹脂を充填すると同時に、裏面の金属箔部に金属突起部が食い込んで接合するようにして両面銅張板を作成する。
【００１４】表裏信号導通用のスルーホール用孔は、樹脂の埋め込まれた金属板クリアランスホール又はスリット孔のほぼ中央に、メカニカルドリル或いはレーザー等、公知の方法金属板と接触しないように形成する。次いで無電解メッキや電解メッキによりスルーホール内部に銅導体層を形成して、メッキされたスルーホールを形成する。表面に流れ出した樹脂層は、好適にはサンドブラスト法で除去し、銅箔面を露出させる。
【００１５】裏面の円錐台形状突起部の先端部が表層銅箔と接触している箇所に、好適には、その箇所を避けてボールパッドを形成する。この場合、このボールパッドを円錐台形状突起部上の銅箔と回路で接続するようにして全体に公知の方法で回路を形成する。少なくとも表層の半導体チップ搭載部となる金属芯の凸部上、フリップチップバンプ接続部の銅箔上、及び裏面のハンダボールパッド部以外をメッキレジストで被覆し、ニッケル、金メッキを施し、プリント配線板を作成する。その後、表面の半導体チップ搭載部にフリップチップバンプを接合し、フリップチップと基板の間の隙間を、応力吸収用樹脂で充填する。この場合、銀ペーストなどの熱伝導性接着剤で充填接着することも可能である。そしてこの裏面のハンダボールパッド部をハンダボールでマザーボードプリント配線板に接合する。
【００１６】半導体チップから発生した熱は、上側から空気中に逃げるが、一方、半導体チップ搭載部分バンプから金属芯に熱伝導して裏面の円錐台形状突起部を通り、ハンダボールを通ってマザーボードプリント配線板に拡散する。金属板の側面は、熱硬化性樹脂組成物で埋め込まれている形、露出している形、いずれの形でも良いが、錆発生を防ぐ等の点から熱硬化性樹脂組成物で被覆されている方が好ましい。
【００１７】半導体チップ下側の回路は、直接裏面にスルーホール導体で接続する構造も可能であるが、好適には、まず半導体チップを接合するパッドとブラインド孔上の銅箔を接続させ、このブラインド孔を２層目の内層回路に銅メッキ導体で接続し、その位置から離れた、裏面に通じるスルーホールに回路で接続して裏面のボールパッドにスルーホール導体で接続させ、半導体チップ裏側のアンダーフィルレジン層に裏面からスルーホールが接続しないようにして、裏面からの吸湿を避ける。
【００１８】半導体チップと反対面のハンダボール接続用導体パッドに、ハンダボールを接続してP-BGAを作り、マザーボードプリント配線板上の回路にハンダボールを重ね、熱によってボールを溶融接続するか、またはパッケージにハンダボールをつけずにP-LGAを作り、マザーボードプリント配線板に実装する時に、マザーボードプリント配線板面に形成されたハンダボール接続用導体パッドとP-LGA用のハンダボール用導体パッドとを、ハンダボールを加熱溶融することにより接続する。
【００１９】本発明に用いる金属板は、特に限定しないが、高弾性率、高熱伝導性で、厚さ２００〜７５０μmのものが好適である。具体的には、純銅、無酸素銅、その他、銅が95重量%以上のFe、Sn、P、Cr、Zr、Zn等との合金が好適に使用される。また、合金の表面を銅メッキした金属板等も使用され得る。
【００２０】本発明の金属板に設けた台形状突起部の高さは、特に限定はないが、５０〜１５０μmが好適である。又、プリプレグ、樹脂シート等の絶縁層の厚さは、その上に置く片面に回路が形成された両面板の厚みと合わせて、成形後に台形状突起部の高さと表面が同一平面となるように選択する。裏面の円錐台形状の突起部上には、鉛フリーハンダ、熱伝導性接着剤等を付着させ、外側の銅箔と接続することもできる。円錐台形状突起部の大きさは、特に限定しないが、一般には、底部の径が0.5〜5mm、上部の径が0〜1mmとする。一方、台形状突起部の上に樹脂が流れだして樹脂で被覆される問題が生じることが有り、この場合、積層成形後に、好適にはサンドブラスト法で流れ出した樹脂を除去し、金属芯の表面を、少なくとも半導体チップのバンプを搭載する面積以上に露出させる。
【００２１】サンドブラスト法とは、湿式或いは乾式で微粒子の砂を高速で吹き付け、表面の樹脂等を削って除去する方法である。粒子としては、例えば40μm位のガラスビーズ、炭化ケイ素等、一般に公知の粉体が使用される。
【００２２】台形状突起部及び円錐台形状突起部の形成範囲は、半導体チップの面積以下、一般的には5〜20mm角以内とし、半導体チップ固定箇所及びその反対面に存在するようにする。好ましくは、裏面の金属突起部と接触した銅箔の箇所を避けてボールパッドを形成し、このボールパッドと回路で突起上の金属箔と接続するようにして、ボールパッド部と基板との接着強度を保持し、ボールに横から圧力がかかった場合の剥離強度（ボールシェア強度）の低下が起こりにくいようにする。
【００２３】本発明で使用される熱硬化性樹脂組成物の樹脂としては、一般に公知の熱硬化性樹脂が使用される。具体的には、エポキシ樹脂、多官能性シアン酸エテル樹脂、 多官能性マレイミドーシアン酸エステル樹脂、多官能性マレイミド樹脂、不飽和基含有ポリフェニレンエーテル樹脂等が挙げられ、1種或いは2種類以上が組み合わせて使用される。耐熱性、耐湿性、耐マイグレーション性、吸湿後の電気的特性等の点から多官能性シアン酸エステル樹脂組成物が好適である。本発明の好適な熱硬化性樹脂分である多官能性シアン酸エステル化合物とは、分子内に2個以上のシアナト基を有する化合物である。具体的に例示すると、1,3-又は1,4-ジシアナトベンゼン、1,3,5-トリシアナトベンゼン、1,3-、1,4-、1,6-、1,8-、2,6-又は2,7-ジシアナトナフタレン、1,3,6-トリシアナトナフタレン、4,4-ジシアナトビフェニル、ビス(4-ジシアナトフェニル)メタン、2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン、2,2-ビス(3,5-ジブロモー4-シアナトフェニル)プロパン、ビス(4-シアナトフェニル)エーテル、ビス(4-シアナトフェニル)チオエーテル、ビス(4-シアナトフェニル)スルホン、トリス(4-シアナトフェニル)ホスファイト、トリス(4-シアナトフェニル)ホスフェート、およびノボラックとハロゲン化シアンとの反応により得られるシアネート類などである。
【００２４】これらのほかに特公昭41-1928、同43-18468、同44-4791、同45-11712、同46-41112、同47-26853及び特開昭51-63149等に記載の多官能性シアン酸エステル化合物類も用いられ得る。また、これら多官能性シアン酸エステル化合物のシアナト基の三量化によって形成されるトリアジン環を有する分子量400〜6,000 のプレポリマーが使用される。このプレポリマーは、上記の多官能性シアン酸エステルモノマーを、例えば鉱酸、ルイス酸等の酸類;ナトリウムアルコラート等、第三級アミン類等の塩基;炭酸ナトリウム等の塩類等を触媒として重合させることにより得られる。このプレポリマー中には一部未反応のモノマーも含まれており、モノマーとプレポリマーとの混合物の形態をしており、このような原料は本発明の用途に好適に使用される。一般には可溶な有機溶剤に溶解させて使用する。
【００２５】エポキシ樹脂としては、一般に公知のものが使用できる。具体的には、液状或いは固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂;ブタジエン、ペンタジエン、ビニルシクロヘキセン、ジシクロペンチルエーテル等の二重結合をエポキシ化したポリエポキシ化合物類;ポリオール、水酸基含有シリコン樹脂類とエポハロヒドリンとの反応によって得られるポリグリシジル化合物類等が挙げられる。これらは1種或いは2種類以上が組み合わせて使用され得る。
【００２６】ポリイミド樹脂としては、一般に公知のものが使用され得る。具体的には、多官能性マレイミド類とポリアミン類との反応物、特公昭57-005406 に記載の末端三重結合のポリイミドが挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は、単独でも使用されるが、特性のバランスを考え、適宜組み合わせて使用するのが良い。
【００２７】本発明の熱硬化性樹脂組成物には、組成物本来の特性が損なわれない範囲で、所望に応じて種々の添加物を配合することができる。これらの添加物としては、不飽和ポリエステル等の重合性二重結合含有モノマー類及びそのプレポリマー類;ポリブタジエン、エポキシ化ブタジエン、マレイン化ブタジエン、ブタジエン-アクリロニトリル共重合体、ポリクロロプレン、ブタジエン-スチレン共重合体、ポリイソプレン、ブチルゴム、フッ素ゴム、天然ゴム等の低分子量液状〜高分子量のelasticなゴム類;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ-4-メチルペンテン、ポリスチレン、AS樹脂、ABS樹脂、MBS樹脂、スチレン-イソプレンゴム、ポリエチレン-プロピレン共重合体、4-フッ化エチレン-6-フッ化エチレン共重合体類;ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド等の高分子量プレポリマー若しくはオリゴマー;ポリウレタン等が例示され、適宜使用される。また、その他、公知の無機或いは有機の充填剤、染料、顔料、増粘剤、滑剤、消泡剤、分散剤、レベリング剤、光増感剤、難燃剤、光沢剤、重合禁止剤、チキソ性付与剤等の各種添加剤が、所望に応じて適宜組み合わせて用いられる。必要により、反応基を有する化合物は硬化剤、触媒が適宜配合される。
【００２８】本発明の熱硬化性樹脂組成物は、それ自体は加熱により硬化するが硬化速度が遅く、作業性、経済性等に劣るため使用した熱硬化性樹脂に対して公知の熱硬化触媒を用い得る。使用量は、熱硬化性樹脂100重量部に対して0.005〜10重量部、好ましくは0.01〜5重量部である。
【００２９】プリプレグの補強基材として使用するものは、一般に公知の無機或いは有機の織布、不織布が使用される。具体的には、Eガラス、Sガラス、Dガラス等の公知のガラス繊維布、全芳香族ポリアミド繊維布、液晶ポリエステル繊維布等が挙げられる。これらは、混抄でも良い。 また、ポリイミドフィルム等のフィルムの表裏に熱硬化性樹脂組成物を塗布、加熱して半硬化状態にしたものも使用できる。最外層の金属箔は、一般に公知のものが使用できる。好適には厚さ3〜18μmの銅箔、ニッケル箔等が使用される。内層の金属層の厚みは、好適には９〜３５μｍである。
【００３０】金属板に形成するクリアランスホール径又はスリット幅は、表裏導通用スルーホール径よりやや大きめに形成する。具体的には、該スルーホール壁と金属板クリアランスホール又はスリット孔壁とは50μm以上の距離が、熱硬化性樹脂組成物で絶縁されていることが好ましい。表裏導通用スルーホール径については、特に限定はないが、50〜300μmが好適である。
【００３１】本発明のプリント配線板用プリプレグを作成する場合、基材に熱硬化性樹脂組成物を含浸、乾燥し、半硬化状態の積層材料とする。また基材を使用しない半硬化状態とした樹脂シート、或いは塗料も使用できる。プリプレグ等の樹脂層を作成する温度は一般的には100〜180℃である。時間は5〜60分であり、目的とするフローの程度により、適宜選択する。
【００３２】本発明の金属芯の入った半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板を作成する方法は特に限定しないが、例えば以下（図１、図２及び図３）の方法による。
(1)金属芯（図１、k）となる金属板平面全面を液状エッチングレジストで被覆し、加熱して溶剤を除去した後、半導体チップの放熱用バンプを固定する箇所、反対面の金属円錐台形状突起を形成する範囲のレジストを全面残し、その他を約厚みの１／２エッチングする。(2)エッチングレジストを除去後、(3)再び液状エッチングレジストで全面を被覆し、表面の半導体チップを搭載する台形状突起となる部分に全面エッチングレジストを残し、更に裏面の円錐台形状突起として残す部分に円形状にレジストを残し、加えてクリアランスホール部以外のレジスト全部を残し、(4)エッチングにて上下からエッチング液でエッチングして、表面に台形状の突起、裏面に円錐台形状（図１、n）の突起を形成すると同時にクリアランスホール（図１、l）を形成する。(5)表面に、台形状突起部よりやや大きめの孔をあけたプリプレグ、樹脂シート或いは塗布樹脂層を配置し、中央部の半導体チップの熱放散用バンプを接続する台形状突起部の外側に、スルーホール用貫通孔（図１、c）、及び／又はブラインド孔用の孔(図１、b)を形成し、必要によりデスミア処理を施し、銅メッキを施したものの、ブラインド孔側に回路(図１、f)を形成し、半導体チップ搭載部となる金属芯凸部及び周囲の突部の面積よりやや大きめに孔をあけ、化学処理を行ったものを、回路側が内側を向くように置き、裏面には銅箔（図１、m）を配置し、(6)加熱、加圧、真空下に積層成形してから、表面の半導体チップ搭載用凸部、外層板のスルーホールから樹脂が流れ出した場合には、樹脂をサンドブラスト法にて除去し、スルーホールをドリル等であけ、(7)デスミア処理を行い、全体を銅メッキし、金属芯の裏面のハンダボールパッドを円錐台形状突起部上を避け、直接円錐台形状突起部上の銅箔と回路で接続するようにして全体に回路を形成し、半導体チップ搭載部となる表面の台形状突起部上、フリップチップボンディングパッド、裏面のハンダボールパッド部を除いてメッキレジストで覆い、ニッケルメッキ、金メッキを施してプリント配線板を作成する。
【００３３】表面の金属芯と一体になっている台形状突起部上に半導体チップ（図３、u）をフリップチップボンディング法にて接続し、アンダーフィルレジン(図３、t)で半導体チップと基板の間の隙間を充填し、裏面には、ハンダボール（図３、w）をパッドに溶融接合して半導体プラスチックパッケージとする。
【００３４】
【実施例】以下に実施例、比較例で本発明を具体的に説明する。尚、特に断らない限り、『部』は重量部を表す。
【００３５】実施例１2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン900部、ビス(4-マレイミドフェニル)メタン100部を150℃に熔融させ、撹拌しながら4時間反応させ、プレポリマーを得た。これをメチルエチルケトンとジメチルホルムアミドの混合溶剤に溶解した。これにビスフェノールA型エポキシ樹脂(商品名:エピコート1001、油化シェルエポキシ＜株＞製)400部、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(商品名:ESCN-220F、住友化学工業＜株＞製)600部を加え、均一に溶解混合した。更に触媒としてオクチル酸亜鉛0.4部を加え、溶解混合し、これに無機充填剤(商品名:焼成タルク、日本タルク＜株＞製)500部を加え、均一撹拌混合してワニスAを得た。このワニスを厚さ50μmのガラス織布に含浸、乾燥して、ゲル化時間(at170℃)50秒、170℃、20kgf/cm2、5分間での樹脂流れ２mmとなるように作成した、絶縁層厚さ83μmの半硬化状態のプリプレグＢ、及び、樹脂流れ5.5mm、ゲル化時間120秒、厚み68μmのプリプレグＣを得た。
【００３６】一方、内層金属板となる厚さ６９０μmのCu:99.9%,Fe:0.07%,P:0.03%の合金板を用意し、大きさ50mm角のパッケージの半導体チップ搭載部、放熱部の４隅、及びその反対面の同範囲をエッチングレジストを残し、両側から167μmエッチングして中央部表裏が台形状突起部である金属板とした。この全面に液状エッチングレジストを25μm付着させ、中央部の半導体チップ搭載用金属芯の４mm角の凸部の反対面に形成する円錐台形突起部となる箇所及び50mm角のパッケージの４隅に、径300μmの円形のエッチングレジストを残し、クリアランスホール部のエッチングレジストを除いて、上下からエッチングにて金属板を溶解し、金属板表面の中央5mm角内に、高さ167μmの台形状突起、裏面に高さ１６５μm、底部径602μm、上部径185μmの円錐台形状の突起（図１、n）を25個、４隅に各9個作成すると同時に、孔径0.5mmφのクリアランスホール(図１、n)をあけた。金属板全面に黒色酸化銅処理を施し、金属板Ｄ（図１、k）とした。
【００３７】また、上記プリプレグＣの両面に9μmの電解銅箔を配置し、200℃、20kgf/cm2、30mmHg以下の真空下で2時間積層成形し、総厚み86μmの両面銅張積層板（図１,d）を作成した。この一部に孔径150μmのスルーホール用貫通孔（図１、c）をドリルで、更に孔径100μmのブラインド孔用の孔（図１、b）を炭酸ガスレーザーで、公知の方法にてあけ、デスミア処理後、全体に銅メッキを２０μｍ付着させ、ブラインド孔側に回路（図１、f）を形成し、黒色酸化銅処理を施し、両面銅張板Ｅとした。その後、金属板Ｄの表面に、金属凸部よりやや大きめに孔をあけたプリプレグＢ(図１、i’)を置き、その上に上記両面銅張板Ｅの回路側が内側を向くように置き、裏面には円錐台形突起面積よりやや大きめに孔をあけたプリプレグＢ(図１、i)を２枚配置し、その外側に12μmの電解銅箔を置き、同様に積層成形して両面銅張多層板を作成した。表面の、半導体チップの放熱用バンプを搭載する範囲の金属芯凸部の高さと周囲の銅箔との高さの差異は1μm以下であった。
【００３８】この多層板の表面に流れ出した樹脂をサンドブラスト法にて削り、ドリルにて孔径0.20mmのスルーホール用貫通孔をクリアランスホール部に内層金属芯に接触しないようにあけ、デスミア処理後、無電解銅メッキ、電解銅メッキを１５μm付着させ、全体に液状エッチングレジストを付着させ、表面は半導体チップ搭載用金属芯凸部、フリップチップバンプ接続部、表裏導通スルーホール（図２、q）部ランドなどを形成し、裏面は円錐台形の突起上の箇所を避けて径0.６mmのハンダボールパッドを形成し、これを表面の回路と接続するようにして全体に回路を形成し、エッチングレジストを溶解除去後、半導体チップ下面のバンプ搭載用凸部、フリップチップバンプ接続部、及び裏面のボールパッド部以外にメッキレジスト（図３、s）を形成し、ニッケルメッキ、金メッキを施してプリント配線板を完成した。表面の半導体チップ搭載部である凸状突起部上の貴金属メッキ部及び凸状金属突起部以外の半導体チップのバンプ接続部に13mm角のフリップチップを接合し、その下をエポキシ樹脂アンダーフィルレジン（図３、）で充填して半導体プラスチックパッケージとした。この半導体プラスチックパッケージをエポキシ樹脂マザーボードプリント配線板にハンダボール（図３、w）を溶融接合した。評価結果を表1に示す。
【００３９】比較例１実施例１において、サンドブラスト法にて凸部表面の樹脂を除去せずに半導体チップを搭載し、裏面は円錐台形突起上にハンダボールパッドを作成するようにしてプリント配線板を同様に作成し、マザーボードプリント配線板にハンダボールで接合した。評価結果を表１に示す。
【００４０】比較例２実施例１のプリプレグCを2枚使用し、上下に12μmの電解銅箔を配置し、200℃、20kgf/cm2、30mmHg以下の真空下に2時間積層成形し、両面銅張積層板を得た。所定の位置に孔径0.20mmφのスルーホールをドリルであけ、デスミア処理後に銅メッキを施した。この板の上下に公知の方法で回路を形成し、メッキレジストで被覆後、ニッケル、金メッキを施した。これは半導体チップを搭載する箇所に放熱用のスルーホール（図４、y）が形成されており、この上に銀ペーストで半導体チツプを接着し、ワイヤボンディング後、エポキシ封止用コンパウンド（図４、z）で実施例1と同様に樹脂封止し、ハンダボールを接合した(図4)。同様にマザーボードに接合した。評価結果を表1に示す。
【００４１】比較例３エポキシ樹脂（商品名：エピコート5045、油化シェルエポキシ＜株＞製）300部、及びエポキシ樹脂（商品名：ESCN220F、住友化学工業＜株＞製）700部、ジシアンジアミド35部、2-エチル-4-メチルイミダゾール1部をメチルエチルケトンとジメチルホルムアミドとの混合溶剤に溶解し、これを厚さ100μmのガラス織布に含浸、乾燥させて、ゲル化時間10秒、樹脂流れ98μmのノーフロープリプレグ（プリプレグF）、及びゲル化時間150秒、樹脂流れ18mmのハイフロープリプレグ（プリプレグG）を作成した。このプリプレグGを2枚使用し、上下に１２μｍの電解銅箔を配置し、190℃、20kgf/cm2、30mmHg以下の真空下で2時間積層成形して両面銅張積層板を作成した。後は比較例1と同様にしてプリント配線板を作成し、半導体チップ搭載部分をザグリマシーンにてくりぬき、裏面に厚さ200μmの銅板を、上記ノーフロープリプレグFを打ち抜いたものを使用して、加熱、加圧下に同様に接着させ、放熱板付きプリント配線板を作成した。これはややソリが発生した。この放熱板に直接銀ペーストで半導体チップを接着させ、ワイヤボンディングで接続後、液状エポキシ樹脂で封止した(図5)。同様にマザーボードプリント配線板に接合した。評価結果を表1に示す。
【００４２】比較例４実施例１において、内層金属芯を使用せずに、厚さ７００μmの基材厚みで両面12μmの銅張積層板（商品名：CCL-HL832、三菱ガス化学<株>製)を用い、プリント配線板を作成して、その上に同様にフリップチップボンディング法にてフリップチップを接続し、同様にハンダボールにてマザーボードプリント配線板に接合した。評価結果を表１に示す。
【００４３】
表１ 項 目 実 施 例 比 較 例 １ １ ２ ３ ４ ボールシェア強度 1.6 1.1 ー ー ー (kgf) 吸湿後の耐熱性A) 常 態 異常なし ー 異常なし 異常なし ー 24hrs. 異常なし ー 異常なし 異常なし ー 48hrs. 異常なし ー 異常なし 異常なし ー 72hrs. 異常なし ー 異常なし 異常なし ー 96hrs. 異常なし ー 異常なし 一部剥離 ー 120hrs. 異常なし ー 一部剥離 一部剥離 ー 144hrs. 異常なし ー 一部剥離 一部剥離 ー 168hrs. 異常なし ー 一部剥離 一部剥離 ー 吸湿後の耐熱性B) 常 態 異常なし ー 異常なし 異常なし ー 24hrs. 異常なし ー 一部剥離 一部剥離 ー 48hrs. 異常なし ー 剥離大 剥離大 ー 72hrs. 異常なし ー ワイヤ切れ ワイヤ切れ ー 96hrs. 異常なし ー ワイヤ切れ ワイヤ切れ ー 120hrs. 異常なし ー ワイヤ切れ ワイヤ切れ ー 144hrs. 異常なし ー − − ー 168hrs. 異常なし ー − − ー
【００４４】
表１（続）
項 目 実 施 例 比 較 例 １ １ ２ ３ ４ プレッシャークッカー 処理後の絶縁抵抗値(Ω）
常 態 5X1014 ー 6X1014 6X1014 ー 200hrs. 5X1012 ー 5X1012 5X108 ー 500hrs. 5X1011 ー 3X1011 < 108 ー 700hrs. 6X1010 ー 4X1010 ー ー 1000hrs. 4X1010 ー 2X1010 ー ー 耐マイグレーション性Ω）
常 態 5X1013 ー 5X1013 4X1013 ー 200hrs. 6X1011 ー 4X1011 3X109 ー 500hrs. 6X1011 ー 4X1011 < 108 ー 700hrs. 2X1011 ー 1X1011 ー ー 1000hrs. 9X1010 ー 8X1010 ー ー ガラス転移温度(℃) ２３４ ２３４ ２３４ １６０ ２３４ 放熱性（℃） ３１ ４４ ５８ ４８ ７９
【００４５】＜測定方法＞1)ボールシェア強度：径0.6mmのボールパッド部にハンダボールを付け、横から押して剥離する時の強度を測定した。
2)吸湿後の耐熱性A)：JEDEC STANDARD TEST METHOD A113-A LEVEL3:30℃・60%RHで所定時間処理後、220℃リフローソルダー3サイクル後の基板の異常の有無について、断面観察及び電気的チェックによって確認した。
3)吸湿後の耐熱性B)：JEDEC STANDARD TEST METHOD A113-A LEVEL2:85℃・60%RHで所定時間(Max.168hrs.)処理後、220℃リフローソルダー3サイクル後の基板の異常の有無を断面観察及び電気的チェックによって確認した。
4)プレッシャークッカー処理後の絶縁抵抗値：端子間（ライン／スペース＝70/70μm）の櫛形パターンを作成し、この上に、それぞれ使用したプリプレグを配置し、積層成形したものを、121℃・2気圧で所定時間処理した後、25℃・60%RHで2時間後処理を行い、500VDCを印加60秒後に、端子間の絶縁抵抗値を測定した。
5)耐マイグレーション性：上記4)の試験片を85℃・85%RH、50VDC 印加して端子間の絶縁抵抗値を測定した。
6)ガラス転移温度:ＤＭＡ法にて測定した。
7)放熱性:パッケージを同一マザーボードプリント配線板にハンダボールで接着させ、1000時間連続使用してから、パッケージの温度を測定した。
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば、半導体チップから発生した熱は、上面の空気中に逃げるとともに、下部の熱放散用バンプを通して金属芯に伝わり、円錐台形状突起を通って裏面のボールパッドに伝導して、ハンダボールを経由してマザーボードプリント配線板に拡散する。このため、内層金属芯と外層金属箔との接続性に優れ、熱の放散性、吸湿後の耐熱性、かつハンダボールとの密着性にも優れたフリップチップボンディング用多層プリント配線板が提供される。さらに本発明によれば、熱硬化性樹脂組成物として多官能性シアン酸エステル樹脂組成物を用いることにより、プレッシャークッカー処理後の絶縁性、耐マイグレーション性に優れ、加えて大量生産にも適しており、経済性の改善された、新規な構造の半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の金属芯入り半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板の製造工程図である。
【図２】実施例１の金属芯入り半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板の製造工程図である。
【図３】実施例１の金属芯入り半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板の製造工程図である。
【図４】比較例２の半導体プラスチックパッケージ製造工程図である。
【図５】比較例３の半導体プラスチックパッケージ製造工程図である。
【符号の説明】
ａ 両面銅張積層板の左側半分
ｂ ブラインドビア孔用の孔
ｃ スルーホール用貫通孔
ｄ 銅メッキされたスルーホール
ｅ 銅メッキされたブラインドビア孔
ｆ 回路
ｇ 半導体チップ搭載部に、凸部面積よりやや大きめにあけられたプリプレグＢの孔
ｈ 端部の凸部面積よりやや大きめにあけられたプリプレグＢの孔
ｉ プリプレグＢ
ｊ 裏面の円錐台形状突起部面積よりやや大きめにあけられたプリプレグBの孔
ｋ 金属芯
ｌ クリアランスホール
ｍ 銅箔
ｎ 金属円錐台形突起
０ スルーホール用貫通孔と金属芯との間の絶縁樹脂
ｐ スルーホール用貫通孔
ｑ 表裏回路導通スルーホール
ｒ プリント配線板表層の半導体チップバンプ接続用回路
ｓ メッキレジスト
ｔ アンダーフィルレジン
ｕ 半導体チップ
ｖ バンプ
ｗ ハンダボール
ｘ プリプレグＣ
ｙ 放熱用スルーホール
ｚ 封止用コンパウンド樹脂
α 金ワイヤ
β 銀ペースト
γ プリプレグＦ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップを少なくとも1個小型プリント配線板にフリップチップボンディングにて搭載した形の、新規な金属芯入りフリップチップ搭載用多層プリント配線板に関する。得られたプリント配線板は、マイクロプロセッサー、マイクロコントローラー、ASIC、グラフィック等の比較的高ワットで、多端子高密度の半導体プラスチックパッケージとして使用される。本半導体プラスチックパッケージは、ハンダボールを用いてマザーボードプリント配線板に実装して電子機器として使用される。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体プラスチックパッケージとして、プラスチックボールグリッドアレイ(P-BGA)やプラスチックランドグリッドアレイ(P-LGA)等、プラスチックプリント配線板の上面に半導体チップを固定し、このチップを、プリント配線板上面に形成された導体回路にワイヤボンディングで結合するか、フリップチップボンディングで結合し、プリント配線板の下面にはハンダボールを用いて、マザーボードプリント配線板と接続するための導体パッドを形成し、表裏回路導体がメッキされたスルーホールで接続され、ワイヤボンディングでは半導体チップ、ボンディングワイヤ、ボンディングパッドが樹脂封止されている構造の半導体プラスチックパッケージは公知である。本公知構造において、半導体から発生する熱をマザーボードプリント配線板に拡散させるため、半導体チップを固定するための上面の金属箔から下面に接続するメッキされた熱拡散用スルーホールが形成されている。
【０００３】ワイヤボンディング法で接続し、樹脂封止された半導体プラスチックパッケージは、スルーホール孔を通して、水分が半導体固定に使われている銀粉入り樹脂接着剤に吸湿され、マザーボードへの実装時の加熱により、また、半導体部品をマザーボードから取り外す際の加熱により、層間フクレを生じる危険性があり、これはポップコーン現象と呼ばれている。このポップコーン現象が発生した場合、半導体プラスチックパッケージは使用不能となることが多く、この現象を大幅に改善する必要がある。
【０００４】フリップチップボンディング法で接続した半導体プラスチックパッケージの場合、一般的には樹脂封止を行わないが、半導体チップのバンプをプリント配線板に接続し、そのバンプの隙間をアンダーフィルレジンで充填して固定する。この場合もプリント配線板の下面からの吸湿後の耐熱性は重要である。また、半導体の高機能化、高密度化は、ますます発熱量の増大を意味し、熱放散用のための半導体チップ直下のスルーホールのみでは熱の放散は不十分となってきている。フリップチップボンデイング法で半導体チップを搭載する場合、搭載するプリント配線板の表面は平担であることが要求され、更に高密度となると発熱量が大きく、発生する熱を放散する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の問題点を改善した、フリップチップボンディング法により半導体チップのバンプをプラスチックプリント配線板に接続する半導体プラスチックパッケージに使用する金属芯入り多層プリント配線板を提供する。
【０００６】
【発明が解決するための手段】本発明は、プリント配線板の厚さ方向の一部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板を配置し、その金属板の半導体チップ搭載側に台形状突起部を設け、該突起部表面の少なくとも一部を露出し、露出した金属突起部が周囲の回路と同一平面上となるようにし、フリップチップボンディングによって半導体チップをプラスチックプリント配線板に接続してなる半導体プラスチックパッケージに使用する、金属芯を有する多層プリント配線板に関する。即ち本発明は、半導体チップ裏面のほぼ中央部に形成された熱放散用バンプを接続する位置に多層プリント配線板内の金属芯に設けた台形状突起部の少なくとも一部を表面に露出させ、該表面は周囲の回路と同一平面上にあり、半導体チップ裏面の中央部の周辺に形成した信号用バンプを接続する位置に、信号用バンプを接続するための半導体パッドを形成し、半導体チップの外側に位置するプリント配線板周辺に形成した表裏導通用スルーホールを、表面導体回路とブラインド導通孔で接続した２層目の回路導体と結線し、半導体チップ搭載面とは反対側のプリント配線板表面に表裏導通用スルーホールのパッドと接続したハンダボール用導体パッドを形成し、また、金属芯の台形状突起部のほぼ反対面の同位置に、金属芯と一体で形成した円錐台形状の突起部を形成し、該突起部を銅箔と接触させ、該銅箔表面に熱放散用ハンダボールを形成する場所を設け、信号用表裏導通用スルーホールを、熱硬化性樹脂を埋め込んだクリアランスホールまたはスリット孔のほぼ中央に形成し、該導通用スルーホールは金属芯と絶縁されている形態のプリント配線板である。更には台形状突起部表面に流れ出した樹脂を、サンドブラスト法で、少なくとも半導体チップの下面に形成された放熱用バンプを搭載する面積の金属板表面が露出するように処理して得られる、両面銅張多層板を用いたプリント配線板である。このプリント配線板をフリップチップボンディング法によりフリップチップを接合する。放熱用円錐台形状突起はプリント配線板の周囲にも作成することは可能である。このプリント配線板は小さい半導体チップを表面の台形状突起部へ熱伝導性接着剤で接着させ、ワイヤボンディングで回路と接続することも可能である。
【０００７】得られた半導体プラスチックパッケージは、電気、熱伝導性に優れ、半導体チップの下面からの吸湿がなく、吸湿後の耐熱性が大幅に改善できる。さらには、熱硬化性樹脂として多官能性シアン酸エステル組成物を用いることにより、プレッシャークッカー後の電気絶縁性、耐マイグレーション性等に優れた半導体プラスチックパッケージを得ることができる。、加えて大量生産にも適しており、経済性の改善された、新規な構造の半導体プラスチックパッケージが提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明で製造された銅張板を用いて作成された半導体プラスチックパッケージは、厚み方向の一部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板が配置しており、その金属板の表面に台形状突起部を設け、該突起部表面の少なくとも一部を露出させ、露出した突起部と周囲の回路導体とを同一平面上に位置するようにし、この上にフリップチップボンディング法にてフリップチップを接合した形態の半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板において、該金属板の台形状突起部以外の箇所にはスルーホール用のクリアランスホールまたはスリット孔を形成し、裏面には円錐台形状の複数の突起を形成する。台形状突起部よりやや大きめにくりぬいたプリプレグ、樹脂シート、或いは塗布樹脂層を配置する。半導体チップ搭載側は両面銅張板を用い、信号用バンプを接続する位置にスルーホール、或いは回路側がブラインドとなるようにブラインド孔を形成し、必要によりデスミア処理を施し、銅メッキし、化学処理を施す。このような両面銅張板或いは両面多層銅張板を、回路側が内側に向くように配置して積層成形後に金属芯の台形状突起部表面と同一平面上になるようにして配置する。裏面には円錐台形状突起部の面積よりやや大きめにくりぬいたプリプレグ、樹脂シート或いは塗布樹脂層を、好適には円錐台形状突起部の高さより積層成形後にやや低めとなるように配置し、その外側に銅箔を配置し、加熱、加圧下に積層成形する。このようにして、表面は金属芯の台形状突起部と周囲の銅箔の高さが平坦となるように作成し、裏面の金属円錐台形状突起の先端部は表面銅箔に一部くい込んだ形で接触して作成された両面銅張多層板を作成する。台形状突起部上に流れ出した樹脂層を、好適にはサンドブラスト法にて、少なくとも半導体チップを搭載する面積だけ金属面が露出するように処理する。熱硬化性樹脂で樹脂充填されたクリアランスホール又はスリット孔のほぼ中央にスルーホールを内層の金属芯に接触しないようにドリル、或いはレーザー等であけ、必要によりデスミア処理を施し、全体を銅メッキ後、定法にて表裏に回路形成を行い、少なくとも、表面の半導体チップを搭載する台形状突起部及びランド部上、裏面のハンダボールパッド部を除いてメッキレジストで被覆し、ニッケルメッキ、金メッキを施してプリント配線板を作成する。
【０００９】公知のスルーホールを有する金属芯プリント配線板の上面に半導体チップを固定する方法においては、従来のP-BGAパッケージと同様に半導体チップからの熱は直下の熱放散用スルーホールに落として熱放散せざるを得ず、ポプコーン現象は改善できない。本発明は、金属芯とする金属平板の両面に、あらかじめ公知のエッチング等の方法で、表面には台形状突起部、裏面は円錐台形状突起部を形成し、その周辺にクリアランスホール又はスリット孔をあける。その後、その金属板の表面に、公知の方法で酸化処理、微細凹凸形成、皮膜形成などの接着性や電気絶縁性向上のための表面処理を必要により施す。
【００１０】該表面処理された金属芯の両面に台形状突起部あるいは円錐台形状突起部の面積よりやや大きめに孔をあけたプリプレグ或いは樹脂シートを、裏面は樹脂層を好適には金属突起より５〜１０μm低くなるように形成し、表側には両面銅張板にスルーホール、及び／又はブラインド孔を形成し、必要によりデスミア処理し、銅メッキし、ブラインド孔のブラインド側となる面に回路を形成し、必要により表面処理された両面銅張板或いは両面銅張多層板を、回路側が内側を向くように配置し、裏面には銅箔を配置し、積層成形後に台形状突起と平坦となるように配置し、加熱、加圧、好ましくは真空下に、積層成形して、内層金属芯入り両面銅張板を製造する。
【００１１】この両面銅張板の半導体チップを搭載する台形状突起部上及び／又はスルーホール部（図１、d）銅箔上に流れ出した樹脂を、好適にはサンドブラスト法にて除去し、少なくとも表面の半導体チップ搭載部となる台形状突起部上、フリップチップバンプを接続する回路上、裏面のハンダボールを接合するボールパッド上を除いてメッキレジストで被覆し、ニッケルメッキ、金メッキを施し、プリント配線板とする。
【００１２】金属芯の形成方法としては、特に限定しないが、例えば、まず金属平板両面の、金属突起部を形成する範囲のメッキレジストを残して、エッチングにて厚さ方向に、金属板の約1/2をエッチング除去し、エッチングレジストを除去後、再び全面を液状のエッチングレジストで覆い、裏面の円錐台形状金属突起部を形成する箇所にエッチングレジストを円形で残し、表面の台形状の突起部分も同様にエッチングレジストを残し、同時にクリアランスホール又はスリット孔を形成する箇所のエッチングレジストを除去し、両側からエッチング液にてエッチングして表面は台形状突起、裏面は円錐台形状突起を形成すると同時に、クリアランスホール又はスリット孔を形成する方法等で金属芯を作成する。
【００１３】金属芯は、好適には表面化学処理を施し、金属芯の表面の台形状突起の部分には、その形状の面積よりやや大きめのプリプレグ、樹脂シート、或いは塗布樹脂層を配置し、その外側に、銅張積層板にスルーホール及びブラインド孔を形成し、必要によりデスミア処理し、銅メッキし、ブラインド孔のブラインド側に回路を形成し、化学処理した両面銅張板或いは両面銅張多層板を、回路側が内側を向くように配置する。一方、複数個の円錐台形突起を形成された裏面には、円錐台形状突起部の面積よりやや大きめの孔をあけたプリプレグ、樹脂シート、或いは塗布樹脂層を、円錐台形状突起の高さより積層成形後にやや低めになるように配置し、その外側に金属箔を配置する。これらを、加熱、加圧下、好ましくは真空下に積層成形する。この際、クリアランスホール又はスリット孔に熱硬化性樹脂を充填すると同時に、裏面の金属箔部に金属突起部が食い込んで接合するようにして両面銅張板を作成する。
【００１４】表裏信号導通用のスルーホール用孔は、樹脂の埋め込まれた金属板クリアランスホール又はスリット孔のほぼ中央に、メカニカルドリル或いはレーザー等、公知の方法金属板と接触しないように形成する。次いで無電解メッキや電解メッキによりスルーホール内部に銅導体層を形成して、メッキされたスルーホールを形成する。表面に流れ出した樹脂層は、好適にはサンドブラスト法で除去し、銅箔面を露出させる。
【００１５】裏面の円錐台形状突起部の先端部が表層銅箔と接触している箇所に、好適には、その箇所を避けてボールパッドを形成する。この場合、このボールパッドを円錐台形状突起部上の銅箔と回路で接続するようにして全体に公知の方法で回路を形成する。少なくとも表層の半導体チップ搭載部となる金属芯の凸部上、フリップチップバンプ接続部の銅箔上、及び裏面のハンダボールパッド部以外をメッキレジストで被覆し、ニッケル、金メッキを施し、プリント配線板を作成する。その後、表面の半導体チップ搭載部にフリップチップバンプを接合し、フリップチップと基板の間の隙間を、応力吸収用樹脂で充填する。この場合、銀ペーストなどの熱伝導性接着剤で充填接着することも可能である。そしてこの裏面のハンダボールパッド部をハンダボールでマザーボードプリント配線板に接合する。
【００１６】半導体チップから発生した熱は、上側から空気中に逃げるが、一方、半導体チップ搭載部分バンプから金属芯に熱伝導して裏面の円錐台形状突起部を通り、ハンダボールを通ってマザーボードプリント配線板に拡散する。金属板の側面は、熱硬化性樹脂組成物で埋め込まれている形、露出している形、いずれの形でも良いが、錆発生を防ぐ等の点から熱硬化性樹脂組成物で被覆されている方が好ましい。
【００１７】半導体チップ下側の回路は、直接裏面にスルーホール導体で接続する構造も可能であるが、好適には、まず半導体チップを接合するパッドとブラインド孔上の銅箔を接続させ、このブラインド孔を２層目の内層回路に銅メッキ導体で接続し、その位置から離れた、裏面に通じるスルーホールに回路で接続して裏面のボールパッドにスルーホール導体で接続させ、半導体チップ裏側のアンダーフィルレジン層に裏面からスルーホールが接続しないようにして、裏面からの吸湿を避ける。
【００１８】半導体チップと反対面のハンダボール接続用導体パッドに、ハンダボールを接続してP-BGAを作り、マザーボードプリント配線板上の回路にハンダボールを重ね、熱によってボールを溶融接続するか、またはパッケージにハンダボールをつけずにP-LGAを作り、マザーボードプリント配線板に実装する時に、マザーボードプリント配線板面に形成されたハンダボール接続用導体パッドとP-LGA用のハンダボール用導体パッドとを、ハンダボールを加熱溶融することにより接続する。
【００１９】本発明に用いる金属板は、特に限定しないが、高弾性率、高熱伝導性で、厚さ２００〜７５０μmのものが好適である。具体的には、純銅、無酸素銅、その他、銅が95重量%以上のFe、Sn、P、Cr、Zr、Zn等との合金が好適に使用される。また、合金の表面を銅メッキした金属板等も使用され得る。
【００２０】本発明の金属板に設けた台形状突起部の高さは、特に限定はないが、５０〜１５０μmが好適である。又、プリプレグ、樹脂シート等の絶縁層の厚さは、その上に置く片面に回路が形成された両面板の厚みと合わせて、成形後に台形状突起部の高さと表面が同一平面となるように選択する。裏面の円錐台形状の突起部上には、鉛フリーハンダ、熱伝導性接着剤等を付着させ、外側の銅箔と接続することもできる。円錐台形状突起部の大きさは、特に限定しないが、一般には、底部の径が0.5〜5mm、上部の径が0〜1mmとする。一方、台形状突起部の上に樹脂が流れだして樹脂で被覆される問題が生じることが有り、この場合、積層成形後に、好適にはサンドブラスト法で流れ出した樹脂を除去し、金属芯の表面を、少なくとも半導体チップのバンプを搭載する面積以上に露出させる。
【００２１】サンドブラスト法とは、湿式或いは乾式で微粒子の砂を高速で吹き付け、表面の樹脂等を削って除去する方法である。粒子としては、例えば40μm位のガラスビーズ、炭化ケイ素等、一般に公知の粉体が使用される。
【００２２】台形状突起部及び円錐台形状突起部の形成範囲は、半導体チップの面積以下、一般的には5〜20mm角以内とし、半導体チップ固定箇所及びその反対面に存在するようにする。好ましくは、裏面の金属突起部と接触した銅箔の箇所を避けてボールパッドを形成し、このボールパッドと回路で突起上の金属箔と接続するようにして、ボールパッド部と基板との接着強度を保持し、ボールに横から圧力がかかった場合の剥離強度（ボールシェア強度）の低下が起こりにくいようにする。
【００２３】本発明で使用される熱硬化性樹脂組成物の樹脂としては、一般に公知の熱硬化性樹脂が使用される。具体的には、エポキシ樹脂、多官能性シアン酸エテル樹脂、 多官能性マレイミドーシアン酸エステル樹脂、多官能性マレイミド樹脂、不飽和基含有ポリフェニレンエーテル樹脂等が挙げられ、1種或いは2種類以上が組み合わせて使用される。耐熱性、耐湿性、耐マイグレーション性、吸湿後の電気的特性等の点から多官能性シアン酸エステル樹脂組成物が好適である。本発明の好適な熱硬化性樹脂分である多官能性シアン酸エステル化合物とは、分子内に2個以上のシアナト基を有する化合物である。具体的に例示すると、1,3-又は1,4-ジシアナトベンゼン、1,3,5-トリシアナトベンゼン、1,3-、1,4-、1,6-、1,8-、2,6-又は2,7-ジシアナトナフタレン、1,3,6-トリシアナトナフタレン、4,4-ジシアナトビフェニル、ビス(4-ジシアナトフェニル)メタン、2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン、2,2-ビス(3,5-ジブロモー4-シアナトフェニル)プロパン、ビス(4-シアナトフェニル)エーテル、ビス(4-シアナトフェニル)チオエーテル、ビス(4-シアナトフェニル)スルホン、トリス(4-シアナトフェニル)ホスファイト、トリス(4-シアナトフェニル)ホスフェート、およびノボラックとハロゲン化シアンとの反応により得られるシアネート類などである。
【００２４】これらのほかに特公昭41-1928、同43-18468、同44-4791、同45-11712、同46-41112、同47-26853及び特開昭51-63149等に記載の多官能性シアン酸エステル化合物類も用いられ得る。また、これら多官能性シアン酸エステル化合物のシアナト基の三量化によって形成されるトリアジン環を有する分子量400〜6,000 のプレポリマーが使用される。このプレポリマーは、上記の多官能性シアン酸エステルモノマーを、例えば鉱酸、ルイス酸等の酸類;ナトリウムアルコラート等、第三級アミン類等の塩基;炭酸ナトリウム等の塩類等を触媒として重合させることにより得られる。このプレポリマー中には一部未反応のモノマーも含まれており、モノマーとプレポリマーとの混合物の形態をしており、このような原料は本発明の用途に好適に使用される。一般には可溶な有機溶剤に溶解させて使用する。
【００２５】エポキシ樹脂としては、一般に公知のものが使用できる。具体的には、液状或いは固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂;ブタジエン、ペンタジエン、ビニルシクロヘキセン、ジシクロペンチルエーテル等の二重結合をエポキシ化したポリエポキシ化合物類;ポリオール、水酸基含有シリコン樹脂類とエポハロヒドリンとの反応によって得られるポリグリシジル化合物類等が挙げられる。これらは1種或いは2種類以上が組み合わせて使用され得る。
【００２６】ポリイミド樹脂としては、一般に公知のものが使用され得る。具体的には、多官能性マレイミド類とポリアミン類との反応物、特公昭57-005406 に記載の末端三重結合のポリイミドが挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は、単独でも使用されるが、特性のバランスを考え、適宜組み合わせて使用するのが良い。
【００２７】本発明の熱硬化性樹脂組成物には、組成物本来の特性が損なわれない範囲で、所望に応じて種々の添加物を配合することができる。これらの添加物としては、不飽和ポリエステル等の重合性二重結合含有モノマー類及びそのプレポリマー類;ポリブタジエン、エポキシ化ブタジエン、マレイン化ブタジエン、ブタジエン-アクリロニトリル共重合体、ポリクロロプレン、ブタジエン-スチレン共重合体、ポリイソプレン、ブチルゴム、フッ素ゴム、天然ゴム等の低分子量液状〜高分子量のelasticなゴム類;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ-4-メチルペンテン、ポリスチレン、AS樹脂、ABS樹脂、MBS樹脂、スチレン-イソプレンゴム、ポリエチレン-プロピレン共重合体、4-フッ化エチレン-6-フッ化エチレン共重合体類;ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド等の高分子量プレポリマー若しくはオリゴマー;ポリウレタン等が例示され、適宜使用される。また、その他、公知の無機或いは有機の充填剤、染料、顔料、増粘剤、滑剤、消泡剤、分散剤、レベリング剤、光増感剤、難燃剤、光沢剤、重合禁止剤、チキソ性付与剤等の各種添加剤が、所望に応じて適宜組み合わせて用いられる。必要により、反応基を有する化合物は硬化剤、触媒が適宜配合される。
【００２８】本発明の熱硬化性樹脂組成物は、それ自体は加熱により硬化するが硬化速度が遅く、作業性、経済性等に劣るため使用した熱硬化性樹脂に対して公知の熱硬化触媒を用い得る。使用量は、熱硬化性樹脂100重量部に対して0.005〜10重量部、好ましくは0.01〜5重量部である。
【００２９】プリプレグの補強基材として使用するものは、一般に公知の無機或いは有機の織布、不織布が使用される。具体的には、Eガラス、Sガラス、Dガラス等の公知のガラス繊維布、全芳香族ポリアミド繊維布、液晶ポリエステル繊維布等が挙げられる。これらは、混抄でも良い。 また、ポリイミドフィルム等のフィルムの表裏に熱硬化性樹脂組成物を塗布、加熱して半硬化状態にしたものも使用できる。最外層の金属箔は、一般に公知のものが使用できる。好適には厚さ3〜18μmの銅箔、ニッケル箔等が使用される。内層の金属層の厚みは、好適には９〜３５μｍである。
【００３０】金属板に形成するクリアランスホール径又はスリット幅は、表裏導通用スルーホール径よりやや大きめに形成する。具体的には、該スルーホール壁と金属板クリアランスホール又はスリット孔壁とは50μm以上の距離が、熱硬化性樹脂組成物で絶縁されていることが好ましい。表裏導通用スルーホール径については、特に限定はないが、50〜300μmが好適である。
【００３１】本発明のプリント配線板用プリプレグを作成する場合、基材に熱硬化性樹脂組成物を含浸、乾燥し、半硬化状態の積層材料とする。また基材を使用しない半硬化状態とした樹脂シート、或いは塗料も使用できる。プリプレグ等の樹脂層を作成する温度は一般的には100〜180℃である。時間は5〜60分であり、目的とするフローの程度により、適宜選択する。
【００３２】本発明の金属芯の入った半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板を作成する方法は特に限定しないが、例えば以下（図１、図２及び図３）の方法による。
(1)金属芯（図１、k）となる金属板平面全面を液状エッチングレジストで被覆し、加熱して溶剤を除去した後、半導体チップの放熱用バンプを固定する箇所、反対面の金属円錐台形状突起を形成する範囲のレジストを全面残し、その他を約厚みの１／２エッチングする。(2)エッチングレジストを除去後、(3)再び液状エッチングレジストで全面を被覆し、表面の半導体チップを搭載する台形状突起となる部分に全面エッチングレジストを残し、更に裏面の円錐台形状突起として残す部分に円形状にレジストを残し、加えてクリアランスホール部以外のレジスト全部を残し、(4)エッチングにて上下からエッチング液でエッチングして、表面に台形状の突起、裏面に円錐台形状（図１、n）の突起を形成すると同時にクリアランスホール（図１、l）を形成する。(5)表面に、台形状突起部よりやや大きめの孔をあけたプリプレグ、樹脂シート或いは塗布樹脂層を配置し、中央部の半導体チップの熱放散用バンプを接続する台形状突起部の外側に、スルーホール用貫通孔（図１、c）、及び／又はブラインド孔用の孔(図１、b)を形成し、必要によりデスミア処理を施し、銅メッキを施したものの、ブラインド孔側に回路(図１、f)を形成し、半導体チップ搭載部となる金属芯凸部及び周囲の突部の面積よりやや大きめに孔をあけ、化学処理を行ったものを、回路側が内側を向くように置き、裏面には銅箔（図１、m）を配置し、(6)加熱、加圧、真空下に積層成形してから、表面の半導体チップ搭載用凸部、外層板のスルーホールから樹脂が流れ出した場合には、樹脂をサンドブラスト法にて除去し、スルーホールをドリル等であけ、(7)デスミア処理を行い、全体を銅メッキし、金属芯の裏面のハンダボールパッドを円錐台形状突起部上を避け、直接円錐台形状突起部上の銅箔と回路で接続するようにして全体に回路を形成し、半導体チップ搭載部となる表面の台形状突起部上、フリップチップボンディングパッド、裏面のハンダボールパッド部を除いてメッキレジストで覆い、ニッケルメッキ、金メッキを施してプリント配線板を作成する。
【００３３】表面の金属芯と一体になっている台形状突起部上に半導体チップ（図３、u）をフリップチップボンディング法にて接続し、アンダーフィルレジン(図３、t)で半導体チップと基板の間の隙間を充填し、裏面には、ハンダボール（図３、w）をパッドに溶融接合して半導体プラスチックパッケージとする。
【００３４】
【実施例】以下に実施例、比較例で本発明を具体的に説明する。尚、特に断らない限り、『部』は重量部を表す。
【００３５】実施例１2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン900部、ビス(4-マレイミドフェニル)メタン100部を150℃に熔融させ、撹拌しながら4時間反応させ、プレポリマーを得た。これをメチルエチルケトンとジメチルホルムアミドの混合溶剤に溶解した。これにビスフェノールA型エポキシ樹脂(商品名:エピコート1001、油化シェルエポキシ＜株＞製)400部、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(商品名:ESCN-220F、住友化学工業＜株＞製)600部を加え、均一に溶解混合した。更に触媒としてオクチル酸亜鉛0.4部を加え、溶解混合し、これに無機充填剤(商品名:焼成タルク、日本タルク＜株＞製)500部を加え、均一撹拌混合してワニスAを得た。このワニスを厚さ50μmのガラス織布に含浸、乾燥して、ゲル化時間(at170℃)50秒、170℃、20kgf/cm2、5分間での樹脂流れ２mmとなるように作成した、絶縁層厚さ83μmの半硬化状態のプリプレグＢ、及び、樹脂流れ5.5mm、ゲル化時間120秒、厚み68μmのプリプレグＣを得た。
【００３６】一方、内層金属板となる厚さ６９０μmのCu:99.9%,Fe:0.07%,P:0.03%の合金板を用意し、大きさ50mm角のパッケージの半導体チップ搭載部、放熱部の４隅、及びその反対面の同範囲をエッチングレジストを残し、両側から167μmエッチングして中央部表裏が台形状突起部である金属板とした。この全面に液状エッチングレジストを25μm付着させ、中央部の半導体チップ搭載用金属芯の４mm角の凸部の反対面に形成する円錐台形突起部となる箇所及び50mm角のパッケージの４隅に、径300μmの円形のエッチングレジストを残し、クリアランスホール部のエッチングレジストを除いて、上下からエッチングにて金属板を溶解し、金属板表面の中央5mm角内に、高さ167μmの台形状突起、裏面に高さ１６５μm、底部径602μm、上部径185μmの円錐台形状の突起（図１、n）を25個、４隅に各9個作成すると同時に、孔径0.5mmφのクリアランスホール(図１、n)をあけた。金属板全面に黒色酸化銅処理を施し、金属板Ｄ（図１、k）とした。
【００３７】また、上記プリプレグＣの両面に9μmの電解銅箔を配置し、200℃、20kgf/cm2、30mmHg以下の真空下で2時間積層成形し、総厚み86μmの両面銅張積層板（図１,d）を作成した。この一部に孔径150μmのスルーホール用貫通孔（図１、c）をドリルで、更に孔径100μmのブラインド孔用の孔（図１、b）を炭酸ガスレーザーで、公知の方法にてあけ、デスミア処理後、全体に銅メッキを２０μｍ付着させ、ブラインド孔側に回路（図１、f）を形成し、黒色酸化銅処理を施し、両面銅張板Ｅとした。その後、金属板Ｄの表面に、金属凸部よりやや大きめに孔をあけたプリプレグＢ(図１、i’)を置き、その上に上記両面銅張板Ｅの回路側が内側を向くように置き、裏面には円錐台形突起面積よりやや大きめに孔をあけたプリプレグＢ(図１、i)を２枚配置し、その外側に12μmの電解銅箔を置き、同様に積層成形して両面銅張多層板を作成した。表面の、半導体チップの放熱用バンプを搭載する範囲の金属芯凸部の高さと周囲の銅箔との高さの差異は1μm以下であった。
【００３８】この多層板の表面に流れ出した樹脂をサンドブラスト法にて削り、ドリルにて孔径0.20mmのスルーホール用貫通孔をクリアランスホール部に内層金属芯に接触しないようにあけ、デスミア処理後、無電解銅メッキ、電解銅メッキを１５μm付着させ、全体に液状エッチングレジストを付着させ、表面は半導体チップ搭載用金属芯凸部、フリップチップバンプ接続部、表裏導通スルーホール（図２、q）部ランドなどを形成し、裏面は円錐台形の突起上の箇所を避けて径0.６mmのハンダボールパッドを形成し、これを表面の回路と接続するようにして全体に回路を形成し、エッチングレジストを溶解除去後、半導体チップ下面のバンプ搭載用凸部、フリップチップバンプ接続部、及び裏面のボールパッド部以外にメッキレジスト（図３、s）を形成し、ニッケルメッキ、金メッキを施してプリント配線板を完成した。表面の半導体チップ搭載部である凸状突起部上の貴金属メッキ部及び凸状金属突起部以外の半導体チップのバンプ接続部に13mm角のフリップチップを接合し、その下をエポキシ樹脂アンダーフィルレジン（図３、）で充填して半導体プラスチックパッケージとした。この半導体プラスチックパッケージをエポキシ樹脂マザーボードプリント配線板にハンダボール（図３、w）を溶融接合した。評価結果を表1に示す。
【００３９】比較例１実施例１において、サンドブラスト法にて凸部表面の樹脂を除去せずに半導体チップを搭載し、裏面は円錐台形突起上にハンダボールパッドを作成するようにしてプリント配線板を同様に作成し、マザーボードプリント配線板にハンダボールで接合した。評価結果を表１に示す。
【００４０】比較例２実施例１のプリプレグCを2枚使用し、上下に12μmの電解銅箔を配置し、200℃、20kgf/cm2、30mmHg以下の真空下に2時間積層成形し、両面銅張積層板を得た。所定の位置に孔径0.20mmφのスルーホールをドリルであけ、デスミア処理後に銅メッキを施した。この板の上下に公知の方法で回路を形成し、メッキレジストで被覆後、ニッケル、金メッキを施した。これは半導体チップを搭載する箇所に放熱用のスルーホール（図４、y）が形成されており、この上に銀ペーストで半導体チツプを接着し、ワイヤボンディング後、エポキシ封止用コンパウンド（図４、z）で実施例1と同様に樹脂封止し、ハンダボールを接合した(図4)。同様にマザーボードに接合した。評価結果を表1に示す。
【００４１】比較例３エポキシ樹脂（商品名：エピコート5045、油化シェルエポキシ＜株＞製）300部、及びエポキシ樹脂（商品名：ESCN220F、住友化学工業＜株＞製）700部、ジシアンジアミド35部、2-エチル-4-メチルイミダゾール1部をメチルエチルケトンとジメチルホルムアミドとの混合溶剤に溶解し、これを厚さ100μmのガラス織布に含浸、乾燥させて、ゲル化時間10秒、樹脂流れ98μmのノーフロープリプレグ（プリプレグF）、及びゲル化時間150秒、樹脂流れ18mmのハイフロープリプレグ（プリプレグG）を作成した。このプリプレグGを2枚使用し、上下に１２μｍの電解銅箔を配置し、190℃、20kgf/cm2、30mmHg以下の真空下で2時間積層成形して両面銅張積層板を作成した。後は比較例1と同様にしてプリント配線板を作成し、半導体チップ搭載部分をザグリマシーンにてくりぬき、裏面に厚さ200μmの銅板を、上記ノーフロープリプレグFを打ち抜いたものを使用して、加熱、加圧下に同様に接着させ、放熱板付きプリント配線板を作成した。これはややソリが発生した。この放熱板に直接銀ペーストで半導体チップを接着させ、ワイヤボンディングで接続後、液状エポキシ樹脂で封止した(図5)。同様にマザーボードプリント配線板に接合した。評価結果を表1に示す。
【００４２】比較例４実施例１において、内層金属芯を使用せずに、厚さ７００μmの基材厚みで両面12μmの銅張積層板（商品名：CCL-HL832、三菱ガス化学<株>製)を用い、プリント配線板を作成して、その上に同様にフリップチップボンディング法にてフリップチップを接続し、同様にハンダボールにてマザーボードプリント配線板に接合した。評価結果を表１に示す。
【００４３】
表１ 項 目 実 施 例 比 較 例 １ １ ２ ３ ４ ボールシェア強度 1.6 1.1 ー ー ー (kgf) 吸湿後の耐熱性A) 常 態 異常なし ー 異常なし 異常なし ー 24hrs. 異常なし ー 異常なし 異常なし ー 48hrs. 異常なし ー 異常なし 異常なし ー 72hrs. 異常なし ー 異常なし 異常なし ー 96hrs. 異常なし ー 異常なし 一部剥離 ー 120hrs. 異常なし ー 一部剥離 一部剥離 ー 144hrs. 異常なし ー 一部剥離 一部剥離 ー 168hrs. 異常なし ー 一部剥離 一部剥離 ー 吸湿後の耐熱性B) 常 態 異常なし ー 異常なし 異常なし ー 24hrs. 異常なし ー 一部剥離 一部剥離 ー 48hrs. 異常なし ー 剥離大 剥離大 ー 72hrs. 異常なし ー ワイヤ切れ ワイヤ切れ ー 96hrs. 異常なし ー ワイヤ切れ ワイヤ切れ ー 120hrs. 異常なし ー ワイヤ切れ ワイヤ切れ ー 144hrs. 異常なし ー − − ー 168hrs. 異常なし ー − − ー
【００４４】
表１（続）
項 目 実 施 例 比 較 例 １ １ ２ ３ ４ プレッシャークッカー 処理後の絶縁抵抗値(Ω）
常 態 5X1014 ー 6X1014 6X1014 ー 200hrs. 5X1012 ー 5X1012 5X108 ー 500hrs. 5X1011 ー 3X1011 < 108 ー 700hrs. 6X1010 ー 4X1010 ー ー 1000hrs. 4X1010 ー 2X1010 ー ー 耐マイグレーション性Ω）
常 態 5X1013 ー 5X1013 4X1013 ー 200hrs. 6X1011 ー 4X1011 3X109 ー 500hrs. 6X1011 ー 4X1011 < 108 ー 700hrs. 2X1011 ー 1X1011 ー ー 1000hrs. 9X1010 ー 8X1010 ー ー ガラス転移温度(℃) ２３４ ２３４ ２３４ １６０ ２３４ 放熱性（℃） ３１ ４４ ５８ ４８ ７９
【００４５】＜測定方法＞1)ボールシェア強度：径0.6mmのボールパッド部にハンダボールを付け、横から押して剥離する時の強度を測定した。
2)吸湿後の耐熱性A)：JEDEC STANDARD TEST METHOD A113-A LEVEL3:30℃・60%RHで所定時間処理後、220℃リフローソルダー3サイクル後の基板の異常の有無について、断面観察及び電気的チェックによって確認した。
3)吸湿後の耐熱性B)：JEDEC STANDARD TEST METHOD A113-A LEVEL2:85℃・60%RHで所定時間(Max.168hrs.)処理後、220℃リフローソルダー3サイクル後の基板の異常の有無を断面観察及び電気的チェックによって確認した。
4)プレッシャークッカー処理後の絶縁抵抗値：端子間（ライン／スペース＝70/70μm）の櫛形パターンを作成し、この上に、それぞれ使用したプリプレグを配置し、積層成形したものを、121℃・2気圧で所定時間処理した後、25℃・60%RHで2時間後処理を行い、500VDCを印加60秒後に、端子間の絶縁抵抗値を測定した。
5)耐マイグレーション性：上記4)の試験片を85℃・85%RH、50VDC 印加して端子間の絶縁抵抗値を測定した。
6)ガラス転移温度:ＤＭＡ法にて測定した。
7)放熱性:パッケージを同一マザーボードプリント配線板にハンダボールで接着させ、1000時間連続使用してから、パッケージの温度を測定した。
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば、半導体チップから発生した熱は、上面の空気中に逃げるとともに、下部の熱放散用バンプを通して金属芯に伝わり、円錐台形状突起を通って裏面のボールパッドに伝導して、ハンダボールを経由してマザーボードプリント配線板に拡散する。このため、内層金属芯と外層金属箔との接続性に優れ、熱の放散性、吸湿後の耐熱性、かつハンダボールとの密着性にも優れたフリップチップボンディング用多層プリント配線板が提供される。さらに本発明によれば、熱硬化性樹脂組成物として多官能性シアン酸エステル樹脂組成物を用いることにより、プレッシャークッカー処理後の絶縁性、耐マイグレーション性に優れ、加えて大量生産にも適しており、経済性の改善された、新規な構造の半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の金属芯入り半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板の製造工程図である。
【図２】実施例１の金属芯入り半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板の製造工程図である。
【図３】実施例１の金属芯入り半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板の製造工程図である。
【図４】比較例２の半導体プラスチックパッケージ製造工程図である。
【図５】比較例３の半導体プラスチックパッケージ製造工程図である。
【符号の説明】
ａ 両面銅張積層板の左側半分
ｂ ブラインドビア孔用の孔
ｃ スルーホール用貫通孔
ｄ 銅メッキされたスルーホール
ｅ 銅メッキされたブラインドビア孔
ｆ 回路
ｇ 半導体チップ搭載部に、凸部面積よりやや大きめにあけられたプリプレグＢの孔
ｈ 端部の凸部面積よりやや大きめにあけられたプリプレグＢの孔
ｉ プリプレグＢ
ｊ 裏面の円錐台形状突起部面積よりやや大きめにあけられたプリプレグBの孔
ｋ 金属芯
ｌ クリアランスホール
ｍ 銅箔
ｎ 金属円錐台形突起
０ スルーホール用貫通孔と金属芯との間の絶縁樹脂
ｐ スルーホール用貫通孔
ｑ 表裏回路導通スルーホール
ｒ プリント配線板表層の半導体チップバンプ接続用回路
ｓ メッキレジスト
ｔ アンダーフィルレジン
ｕ 半導体チップ
ｖ バンプ
ｗ ハンダボール
ｘ プリプレグＣ
ｙ 放熱用スルーホール
ｚ 封止用コンパウンド樹脂
α 金ワイヤ
β 銀ペースト
γ プリプレグＦ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 半導体チップのバンプを、フリップチップボンディングによりプラスチックプリント配線板に接続する半導体プラスチックパッケージに使用する、金属芯を有する多層プリント配線板において、半導体チップ裏面のほぼ中央部に熱放散用バンプを形成し、該バンプは露出した金属芯の台形状突起部に接続し、該突起部は周囲の回路と同一平面上に位置し、半導体チップ裏面の台形状突起部の外側の周辺部に信号用バンプを形成し、該信号用バンプを接続するための半導体パッドを該台形状突起部と同一平面上に形成し、表面導体回路とその裏面の２層目の回路とをブラインド導通孔で接続し、２層目の回路と半導体チップの外側に位置するプリント配線板周辺部に形成された信号用表裏導通用スルーホールとを接続し、該表裏導通用スルーホールはチップ搭載面とは反対側のプリント配線板表面のハンダボールを接続するハンダボール用導体パッドに接続し、金属芯台形状突起部のほぼ反対面の同位置に、金属芯と一体で形成された複数個の円錐台形状の突起が銅箔に接触しており、該円錐台形状突起部面積内に銅箔を介して熱放散用ハンダボールを接合し、信号用表裏導通スルーホールを、熱硬化性樹脂で埋め込んだクリアランスホールまたはスリット孔のほぼ中央に形成し、金属芯と絶縁していることを特徴とするフリップチップ搭載用多層プリント配線板。
【請求項２】 金属芯の台形状突起部表面に流れ出した樹脂をサンドブラスト法で、少なくとも半導体チップの下面に形成された放熱用バンプを搭載する面積の金属面が露出するように処理して得られる両面金属箔張板を用いることを特徴とする請求項１記載のフリップチップ搭載用多層プリント配線板。
【請求項３】 金属芯が、銅95重量%以上の銅合金、或いは純銅である請求項１又は２記載のフリップチップ搭載用多層プリント配線板。
【請求項４】 該熱硬化性樹脂が、多官能性シアン酸エステル、該シアン酸エステルプレポリマーを必須成分とする熱硬化性樹脂組成物である請求項１、２又は３記載のフリップチップ搭載用多層プリント配線板。
【請求項１】 半導体チップのバンプを、フリップチップボンディングによりプラスチックプリント配線板に接続する半導体プラスチックパッケージに使用する、金属芯を有する多層プリント配線板において、半導体チップ裏面のほぼ中央部に熱放散用バンプを形成し、該バンプは露出した金属芯の台形状突起部に接続し、該突起部は周囲の回路と同一平面上に位置し、半導体チップ裏面の台形状突起部の外側の周辺部に信号用バンプを形成し、該信号用バンプを接続するための半導体パッドを該台形状突起部と同一平面上に形成し、表面導体回路とその裏面の２層目の回路とをブラインド導通孔で接続し、２層目の回路と半導体チップの外側に位置するプリント配線板周辺部に形成された信号用表裏導通用スルーホールとを接続し、該表裏導通用スルーホールはチップ搭載面とは反対側のプリント配線板表面のハンダボールを接続するハンダボール用導体パッドに接続し、金属芯台形状突起部のほぼ反対面の同位置に、金属芯と一体で形成された複数個の円錐台形状の突起が銅箔に接触しており、該円錐台形状突起部面積内に銅箔を介して熱放散用ハンダボールを接合し、信号用表裏導通スルーホールを、熱硬化性樹脂で埋め込んだクリアランスホールまたはスリット孔のほぼ中央に形成し、金属芯と絶縁していることを特徴とするフリップチップ搭載用多層プリント配線板。
【請求項２】 金属芯の台形状突起部表面に流れ出した樹脂をサンドブラスト法で、少なくとも半導体チップの下面に形成された放熱用バンプを搭載する面積の金属面が露出するように処理して得られる両面金属箔張板を用いることを特徴とする請求項１記載のフリップチップ搭載用多層プリント配線板。
【請求項３】 金属芯が、銅95重量%以上の銅合金、或いは純銅である請求項１又は２記載のフリップチップ搭載用多層プリント配線板。
【請求項４】 該熱硬化性樹脂が、多官能性シアン酸エステル、該シアン酸エステルプレポリマーを必須成分とする熱硬化性樹脂組成物である請求項１、２又は３記載のフリップチップ搭載用多層プリント配線板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０００−２８６３６１（Ｐ２０００−２８６３６１Ａ）
【公開日】平成１２年１０月１３日（２０００．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１１−８９７８１
【出願日】平成１１年３月３０日（１９９９．３．３０）
【出願人】（０００００４４６６）三菱瓦斯化学株式会社 (1,281)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１２年１０月１３日（２０００．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１１年３月３０日（１９９９．３．３０）
【出願人】（０００００４４６６）三菱瓦斯化学株式会社 (1,281)
【Ｆターム（参考）】
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