半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板
【課題】 内層金属板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半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板を得る。
【解決手段】 両面円錐台形突起を備えた金属板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、金属板に形成された突起が、ダイパッド側表面に形成された銅層及び裏面の熱放散用ハンダボールパッド側表面に形成された銅層と電気的に接続されている構造のプリント配線板とする。
【効果】 内層金属板と外層銅層との接続性、放熱性、吸湿後の耐熱性などに優れ、大量生産に適し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。
【解決手段】 両面円錐台形突起を備えた金属板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、金属板に形成された突起が、ダイパッド側表面に形成された銅層及び裏面の熱放散用ハンダボールパッド側表面に形成された銅層と電気的に接続されている構造のプリント配線板とする。
【効果】 内層金属板と外層銅層との接続性、放熱性、吸湿後の耐熱性などに優れ、大量生産に適し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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも１個の半導体チップを小型プリント配線板に搭載した新規な金属板入り半導体プラスチックパッケージに関する。さらに詳しくは、内層金属板と外層銅箔との接続信頼性、熱放散性に優れ、かつポップコーン現象を大幅に改善できる新規な金属板入り半導体プラスチックパッケージに関する。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使用される多端子高密度の半導体プラスチックパッケージへの使用に適する。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、例えば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)等として、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、表裏回路導体をメッキされたスルーホールで接続し、半導体チップを樹脂封止し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された、メッキされた熱拡散スルーホールが形成されている。該スルーホールを孔を通して、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、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。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。
【０００３】
【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半導プラスチックパッケージ用プリント配線板を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板を配置し、プリント配線板の片面に、少なくとも、１個の半導体チップを熱伝導性接着剤で固定し、該金属板と表面の回路とは熱硬化性樹脂組成物で絶縁し、そのプリント配線板表面に形成された回路導体と半導体チップとをワイヤボンディングで接続し、少なくとも、該表面のプリント配線板上の信号伝播回路導体とプリント配線板の反対面に形成された回路導体もしくは該ハンダボールでの接続用導体パッドとを、金属板と樹脂組成物で絶縁されたスルーホール導体で結線し、少なくとも、半導体チップ、ワイヤおよびボンディングパッドを樹脂封止している構造の半導体プラスチックパッケージであって、該プリント配線板の一部を構成する金属板に形成された突起が、ダイパッド側の半導体チップを直接固定する表面の金属箔、裏面の熱放散用ハンダボールパッド側の表面に形成された銅層、及び裏面の熱放散用ハンダボールパッド側表面に形成された銅層と電気的に接続されている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を作成し、この表面に熱伝導性接着剤で半導体チップを接着固定し、該チップ等を樹脂封止し、裏面にハンダボールを接続している構造の半導体プラスチックパッケージを提供する。得られたパッケージは、金属板と表層の金層箔との密着性が良好なため熱放散性に優れ、ハンダボールの基板への密着性に優れ、半導体チップの下面からの吸湿がなく、吸湿後の耐熱性すなわちポップコーン現象が大幅に改善される。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パッケージが提供される。加えて本発明の半導体プラスチックパッケージは、大量生産にも適しており、経済性も改善される。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の半導体プラスチックパッケージは、プリント配線板の厚み方向のほぼ中央に熱放散性の良好な、表裏に円錐台形の突起を形成した金属板を配置し、その金属板の両面に形成された金属突起先端部は表側は少なくとも金属突起部先端が露出しており、裏面はハンダボールを接続するパッド部を避けて金属突起部が表面に露出するように金属突起部が設けられている。該金属突起部をデスミア処理後、スルーホールをドリル或いはレーザー等で金属板と接触しないようにあけ、全体を金属メッキした後、回路を形成し、半導体チップ搭載部、ワイヤボンディングパッド部及びボールパッド部をメッキレジストで被覆し、ニッケルメッキ、金メッキを行う。表面の円錐台形上の半導体チップ搭載用金属箔部上には、熱伝導性接着剤で半導体チップを固定し、半導体チップをワイヤボンディングで周囲の回路導体と接続し、少なくとも半導体チップ、ボンディングワイヤおよびボンディングパッドを樹脂封止して、裏面の、金属メッキ、貴金属メッキされた円錐台形突起上の銅メッキされた銅層と接続したハンダボールパッドを溶融してマザーボードプリント配線板と接合した形態となっており、表裏の回路導体及び導通用のメッキされたスルーホールは、熱硬化性樹脂組成物で金属板と絶縁された構造となっている。
【０００６】公知のスルーホールを有する金属板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、ポップコーン現象は改善できなかった。本発明は、まず金属板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、円錐台形の金属突起を残し、クリアランスホール又はスリット孔をあける。ついで、両面に金属突起の高さよりやや低めに熱硬化性樹脂層を形成し、その両面に金属突起露出高さよりやや厚めの金属箔を配置し、加熱、加圧下に、好ましくは真空下に、積層成形して、内層金属板入り両面金属箔張積層板を作成する。金属板の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、まず金属平板の、金属突起部を形成する範囲にエッチングレジストを付着させ、厚さ方向に30〜70% 金属板をエッチング除去する。ついで、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、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両面に円錐台形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板を作成する。
【０００７】該円錐台形突起とクリアランスホール又はスリット孔が形成された金属板の表面を公知の方法で酸化処理、微細凹凸形成、皮膜形成等の接着性や電気絶縁性向上のための表面処理を必要に応じて施す。該表面処理され、複数個の円錐台形突起部が両面に形成され、クリアランスホール又はスリット孔が形成された金属板の上下には、該円錐台形金属突起部が僅かに露出するようにして、熱硬化性樹脂組成物で全面絶縁部を形成する。熱硬化性樹脂組成物による絶縁部の形成は、半硬化状態の熱硬化性樹脂組成物を基材含浸、乾燥したプリプレグシート、樹脂シート、樹脂付き金属箔、或いは塗布樹脂層を用いてなされる。絶縁部の高さは、積層成形時に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、表裏面の金属箔部に円錐台形金属突起部が表裏層の金属箔に接合するような高さにして、両面金属箔張積層板を作成する。
【０００８】得られた両面金属箔張積層板の、両面円錐台形突起先端部が表理層金属箔と接触している箇所を、エッチング等の公知の方法にて金属箔を除去する。ただし、半導体チップ側表面は円錐台形突起部先端を金属箔と独立して表面に露出させるか全面除去する。裏面のボールパッドを形成する側は、ボールパッドを形成する箇所を避けて金属突起を露出させ、表層に付着している樹脂層をデスミア処理等で除去した後、スルーホールをメカニカルドリル或いはレーザー等公知の方法であけ、全体を金属メッキする。金属メッキされたスルーホールと金属円錐台形突起部先端とを銅メッキで電気的に接続するとともに、裏面はボールパッド部となる周囲の銅箔とも銅メッキで電気的に接続する。公知の方法で表裏に回路を形成した後、少なくとも表層の半導体チップ搭載部、ボンディングパッド部及び裏面のハンダボールパッド部をメッキレジストで被覆し、ニッケル又は金メッキを施す。その後、表面の半導体チップ搭載部に熱伝導性接着剤で半導体チップを接着固定し、ワイヤボンディングし、少なくとも半導体チップ、ワイヤ、ボンディングパッドを樹脂封止する。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。半導体チップから発生した熱は、半導体チップ搭載部分から熱伝導して金属板の円錐台形突起部を通り、金属板に伝達し、反対面の金属円錐台形突起を通ってハンダボール用パッドに伝導し、ハンダボールで接合したマザーボードプリント配線板に拡散する。
【０００９】金属板の側面については、熱硬化性樹脂組成物で被覆されている形、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。
【００１０】表裏信号回路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、金属板と接触しないように形成する。必要によりデスミア処理を施し、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金属層を形成して、メッキされたスルーホールを形成する。
【００１１】表裏の回路形成後、貴金属メッキを、少なくともワイヤボンディングパッド表面に形成してプリント配線板を完成させる。この場合、貴金属メッキの必要のない箇所は、事前にメッキレジストで被覆しておく。または、メッキ後に、必要により公知の熱硬化性樹脂組成物、或いは光選択性熱硬化性樹脂組成物で、少なくとも半導体チップ搭載部となる銅箔の一部または全部、ボンディングパッド部、反対面のハンダボール接着用パッド部以外の表面に皮膜を形成する。
【００１２】該プリント配線板の、内層となる円錐台形突起を持った金属板の円錐台の上は、そのまま、または電導性のハンダ等を付着させて表層の金属箔と接合させ、その接合した表層の金属箔上に半導体チップを、熱伝導性接着剤を用いて固定し、さらに半導体チップとプリント配線板回路のボンディングパッドとをワイヤボンディング法で接続し、少なくとも、半導体チップ、ボンディングワイヤ及びボンディングパッドを公知の封止樹脂で封止する。
【００１３】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。
【００１４】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30〜500μm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。
【００１５】本発明の金属円錐台形突起部の高さは、特に限定はないが、50〜150μmが好適である。また、プリプレグ、樹脂シート、樹脂付き金属箔、塗布樹脂等の絶縁層の厚さは、金属円錐台形突起の高さよりやや低め、好ましくは5〜15μm低めとし、積層成形後に、少なくとも表層金属箔の一部と接続させる。円錐台形の大きさは、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。
【００１６】金属円錐台形突起部形成範囲は、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の下に存在するようにする。反対面も同様である。
【００１７】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ステル樹脂、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。
【００１８】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。
【００１９】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号公報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。
【００２０】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。
【００２１】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号公報に記載の末端三重結合のポリイミド類が挙げられる。
【００２２】これらの熱硬化性樹脂は、単独でも使用できるが、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。
【００２３】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。
【００２４】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。
【００２５】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。
【００２６】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。
【００２７】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隔てられ、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。
【００２８】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、樹脂付き金属箔も使用できる。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。
【００２９】本発明の金属板の入った半導体プラスチックパッケージを作成する方法は特に限定されないが、例えば以下（図１参照）の方法による。
(1) 金属板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、半導体チップを固定する箇所、反対面の金属円錐台形突起を形成する範囲のレジスト全部を残し、エッチングにて金属板を所定厚み溶解した後、エッチングレジストを除去し、再び両面の円錐台形突起を形成する箇所にエッチングレジストを付着後、円形で残し、さらにクリアランスホールとなる部分のエッチングレジストを除去し、上下から同一圧力のエッチング液でエッチングして、表裏面に円錐台形の突起を形成すると同時にクリアランスホールを形成する。金属板表面に酸化銅処理等の化学処理を施し、表裏に、プリプレグ、樹脂シート、樹脂付き銅箔、或いは塗布樹脂層を配置し、必要により銅箔を配置し、(2) 加熱、加圧、真空下に積層成形し、(3) スルーホールをドリル等であけ、(4) 金属板の円錐台形上の銅箔の箇所を、表面は全面、裏面はハンダボール形成箇所は銅箔を残し、それ以外の箇所の円錐台形上の銅箔をエッチングで除去し、デスミア処理後、(5) 全体を銅メッキし、(6) 表裏に回路を形成した後、半導体搭載部、ボンディングパッド部及びハンダボールパッド部以外にレジストを形成し、ニッケルメッキ、金メッキを施し、(7) 表面には半導体チップを銀ペーストで接着固定し、ワイヤボンディング後、少なくとも半導体チップ、ワイヤ、ワイヤボンディングパッドを樹脂封止する。裏面には、ハンダボール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。
【００３０】
【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。
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℃で溶融させ、攪拌しながら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BST＃200、日本タルク＜株＞製)500部を加え、均一攪拌混合してワニスＡを得た。このワニスを厚さ100μm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10mmとなるように作成した、絶縁層の厚さ137μmの半硬化状態のプリプレグＢを得た。一方、内層金属板となる厚さ400μm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及びその反対面の範囲をエッチングレジストを残し、両側から130μmエッチングして中央部表裏が凸の金属板とした。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部及び裏面に形成する円錐台形突起部となる箇所に、径200μm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去し、上下からエッチングにて金属板を溶解し、金属板表裏の中央13mm角内に、高さ130μm、底部径658μm、上部径162μmの円錐台形の突起を表に144個、裏面に64個作成すると同時に、孔径0.6mmφのクリアランスホール（図１、ｃ）をあけた。金属板全面に黒色酸化銅処理を施し、この表裏面に上記プリプレグＢ（図１R>１、ｂ）を置き、その上下に12μmの電解銅箔（図１、ａ）を配置して、200℃、20kgf/cm2、30mmHg以下の真空下で２時間積層成形し、一体化した。表裏にエッチングレジストを付着して、表面は突起がある半導体チップ搭載部全面、裏面は円錐台形の突起上の箇所だけを、径200μmでエッチング除去し、デスミア処理後に径0.25mmのスルーホール（図１、ｆ）をドリルにてあけ、銅メッキを無電解、電解メッキで20μm付着させた。表裏にエッチングレジストを付着して、表面中央部の半導体チップ搭載部等の回路、裏面の銅箔上に銅メッキされたハンダボール接合部及びこれと接続する円錐台形突起部上の銅メッキ等を回路形成し、レジストを溶解除去後、半導体チップ搭載部、ワイヤボンディング部、及び裏面のボールパッド部以外にメッキレジストを形成し、ニッケル、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円錐台形突起（図１、ｅ）がメッキされた銅（図１、ｊ）と接触して電気伝導性のある銅表面に、大きさ13mm角の半導体チップ（図１、ｈ）を銀ペーストで接着固定した後、ワイヤボンディングを行い、次いでシリカ入りエポキシ封止用コンパウンドを用い、半導体チップ、ワイヤ及びボンディングパッドを樹脂封止し、裏面にハンダボールを接合して半導体パッケージを作成した。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１、ｋ）を溶融接合した。評価結果を表1に示す。
【００３１】実施例２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）700部、及びエポキシ樹脂（商品名：ESCN220F、住友化学工業＜株＞製）300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均一溶解させ、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（at 170℃）10秒、樹脂流れ98μmのノーフロープリプレグ（プリプレグＣ）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Ｄ）を作成した。積層条件を190℃、30kgf/cm2、30mmHgとした他は実施例１と同様に操作して２時間の積層成形を実施した。裏面の突起部範囲全面をエッチング除去し、その他は実施例１と同様に操作して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した。評価結果を表１
【００３２】比較例１実施例１のプリプレグＢ（図２、ｂ）を２枚使用し、上下に12μmの電解銅箔（図２、ａ）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0.25mmφのスルーホール（図２、ｇ）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２、ｌ）が形成されており、この上に銀ペースト（図２、ｎ）で半導体チップ（図２、ｈ）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２、ｍ）で実施例１と同様に樹脂封止し、ハンダボール（図２、ｋ）を接合した。実施例１と同様に同様にマザーボードに接合した。評価結果を表１に示す。
【００３３】比較例２実施例２のプリプレグＤを２枚使用し、190℃、20kgf/cm2、30mmHg以下の真空下で２時間積層成形し、両面銅張積層板を作成した。後は比較例１と同様に操作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（図３、ｄ）を、上記ノーフロープリプレグＣ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（図３、ｎ）で半導体チップ（図３、ｈ）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（図３、ｍ）で封止した。ついで実施例１と同様に操作し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。
【００３４】
表１ 項 目 実 施 例 比 較 例 １ ２ １ ２ ボールシェア強度 1.5 0.8 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 24hrs. 異常なし 異常なし 異常なし 48hrs. 異常なし 異常なし 異常なし 72hrs. 異常なし 異常なし 異常なし 96hrs. 異常なし 異常なし 一部剥離 120hrs. 異常なし 一部剥離 一部剥離 144hrs. 異常なし 一部剥離 一部剥離 168hrs. 異常なし 一部剥離 一部剥離 吸湿後の耐熱性B) 常 態 異常なし ー 異常なし 異常なし 24hrs. 異常なし 一部剥離 一部剥離 48hrs. 異常なし 剥離大 剥離大 72hrs. 異常なし ワイヤ切れ ワイヤ切れ 96hrs. 異常なし ワイヤ切れ ワイヤ切れ 120hrs. 異常なし ワイヤ切れ ワイヤ切れ 144hrs. 異常なし − − 168hrs. 異常なし − −
【００３５】
表１（続）
項 目 実 施 例 比 較 例 １ ２ １ ２ プレッシャークッカー 処理後の絶縁抵抗値 (Ω）
常 態 4X1014 ー 6X1014 6X1014 200hrs. 7X1012 5X1012 5X108 500hrs. 5X1011 3X1011 < 108 700hrs. 6X1010 4X1010 ー 1000hrs. 4X1010 2X1010 ー 耐マイグレーション性 （Ω）
常 態 6X1013 ー 5X1013 4X1013 200hrs. 5X1011 4X1011 3X109 500hrs. 4X1011 4X1011 < 108 700hrs. 1X1011 1X1011 ー 1000hrs. 9X1010 8X1010 ー ガラス転移温度(℃) ２３４ １６０ ２３４ １６０ 放熱性（℃） ３３ ３４ ５６ ４８
【００３６】＜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。
【００３７】
【発明の効果】本発明は、プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板を配置し、プリント配線板の片面に、少なくとも１個の半導体チップを熱伝導性接着剤で固定し、該金属板と表面の回路とを、多官能性シアン酸エステルのような熱硬化性樹脂組成物で絶縁し、そのプリント配線板表面に形成された回路導体と半導体チップとをワイヤボンディングで接続し、少なくとも、該表面のプリント配線板上の信号伝播回路導体と、プリント配線板の反対面に形成された回路導体もしくは該ハンダボールでの接続用導体パッドとを、金属板と樹脂組成物で絶縁されたスルーホール導体で結線し、少なくとも半導体チップ、ワイヤ、ボンディングパッドを樹脂封止している構造の半導体プラスチックパッケージに用いるプリント配線板であって、該プリント配線板の表面銅層と裏面の熱放散用ハンダボールパッド側表面に形成された銅層とが電気的に接続されている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とすることにより、更にはハンダボールパッド側表面に形成された銅層のうち、突起部と該銅層とが電気的に接続されている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を提供する。半導体チップ搭載部に熱伝導性接着剤で接着固定された半導体チップ、ワイヤ及びボンディングパッドを樹脂封止した半導体プラスチックパッケージを、該パッケージの裏面の金メッキされたパッドに接着させたハンダボールを溶融してマザーボードプリント配線板に接合する。上記構造とすることにより、半導体チップから発生した熱は、熱伝導性接着剤を通して、上側の金属円錐台形突起から金属板に伝わり、下側の円錐台形突起を通して裏面のボールパッド部に接合されたハンダボールに逃げ、マザーボードプリント配線板に拡散する。本発明によれば、内層金属板と外層の銅箔との接続信頼性、熱放散性に優れ、ハンダボールとの接着強度にも優れ、半導体チップの下面からの吸湿がなく、吸湿後の耐熱性、すなわちポップコーン現象が大幅に改善された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。さらに樹脂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た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。加えて大量生産に適しており、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の金属板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】比較例１の半導体プラスチックパッケージ製造工程図である。
【図３】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。
【符号の説明】
ａ 銅箔
ｂ プリプレグＢ
ｃ クリアランスホール
ｄ 金属板
ｅ 円錐台形突起
ｆ スルーホール用孔
ｇ 表裏回路導通用スルーホール
ｈ 半導体チップ
ｉ 銅箔
ｊ メッキされた銅層
ｋ ハンダボール
ｌ 放熱用スルーホール
ｍ 封止樹脂
ｎ 銀ペースト
０ ボンディングワイヤ
ｐ メッキレジスト
ｑ プリプレグＣ
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも１個の半導体チップを小型プリント配線板に搭載した新規な金属板入り半導体プラスチックパッケージに関する。さらに詳しくは、内層金属板と外層銅箔との接続信頼性、熱放散性に優れ、かつポップコーン現象を大幅に改善できる新規な金属板入り半導体プラスチックパッケージに関する。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使用される多端子高密度の半導体プラスチックパッケージへの使用に適する。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、例えば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)等として、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、表裏回路導体をメッキされたスルーホールで接続し、半導体チップを樹脂封止し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された、メッキされた熱拡散スルーホールが形成されている。該スルーホールを孔を通して、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、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。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。
【０００３】
【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半導プラスチックパッケージ用プリント配線板を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板を配置し、プリント配線板の片面に、少なくとも、１個の半導体チップを熱伝導性接着剤で固定し、該金属板と表面の回路とは熱硬化性樹脂組成物で絶縁し、そのプリント配線板表面に形成された回路導体と半導体チップとをワイヤボンディングで接続し、少なくとも、該表面のプリント配線板上の信号伝播回路導体とプリント配線板の反対面に形成された回路導体もしくは該ハンダボールでの接続用導体パッドとを、金属板と樹脂組成物で絶縁されたスルーホール導体で結線し、少なくとも、半導体チップ、ワイヤおよびボンディングパッドを樹脂封止している構造の半導体プラスチックパッケージであって、該プリント配線板の一部を構成する金属板に形成された突起が、ダイパッド側の半導体チップを直接固定する表面の金属箔、裏面の熱放散用ハンダボールパッド側の表面に形成された銅層、及び裏面の熱放散用ハンダボールパッド側表面に形成された銅層と電気的に接続されている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を作成し、この表面に熱伝導性接着剤で半導体チップを接着固定し、該チップ等を樹脂封止し、裏面にハンダボールを接続している構造の半導体プラスチックパッケージを提供する。得られたパッケージは、金属板と表層の金層箔との密着性が良好なため熱放散性に優れ、ハンダボールの基板への密着性に優れ、半導体チップの下面からの吸湿がなく、吸湿後の耐熱性すなわちポップコーン現象が大幅に改善される。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パッケージが提供される。加えて本発明の半導体プラスチックパッケージは、大量生産にも適しており、経済性も改善される。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の半導体プラスチックパッケージは、プリント配線板の厚み方向のほぼ中央に熱放散性の良好な、表裏に円錐台形の突起を形成した金属板を配置し、その金属板の両面に形成された金属突起先端部は表側は少なくとも金属突起部先端が露出しており、裏面はハンダボールを接続するパッド部を避けて金属突起部が表面に露出するように金属突起部が設けられている。該金属突起部をデスミア処理後、スルーホールをドリル或いはレーザー等で金属板と接触しないようにあけ、全体を金属メッキした後、回路を形成し、半導体チップ搭載部、ワイヤボンディングパッド部及びボールパッド部をメッキレジストで被覆し、ニッケルメッキ、金メッキを行う。表面の円錐台形上の半導体チップ搭載用金属箔部上には、熱伝導性接着剤で半導体チップを固定し、半導体チップをワイヤボンディングで周囲の回路導体と接続し、少なくとも半導体チップ、ボンディングワイヤおよびボンディングパッドを樹脂封止して、裏面の、金属メッキ、貴金属メッキされた円錐台形突起上の銅メッキされた銅層と接続したハンダボールパッドを溶融してマザーボードプリント配線板と接合した形態となっており、表裏の回路導体及び導通用のメッキされたスルーホールは、熱硬化性樹脂組成物で金属板と絶縁された構造となっている。
【０００６】公知のスルーホールを有する金属板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、ポップコーン現象は改善できなかった。本発明は、まず金属板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、円錐台形の金属突起を残し、クリアランスホール又はスリット孔をあける。ついで、両面に金属突起の高さよりやや低めに熱硬化性樹脂層を形成し、その両面に金属突起露出高さよりやや厚めの金属箔を配置し、加熱、加圧下に、好ましくは真空下に、積層成形して、内層金属板入り両面金属箔張積層板を作成する。金属板の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、まず金属平板の、金属突起部を形成する範囲にエッチングレジストを付着させ、厚さ方向に30〜70% 金属板をエッチング除去する。ついで、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、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両面に円錐台形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板を作成する。
【０００７】該円錐台形突起とクリアランスホール又はスリット孔が形成された金属板の表面を公知の方法で酸化処理、微細凹凸形成、皮膜形成等の接着性や電気絶縁性向上のための表面処理を必要に応じて施す。該表面処理され、複数個の円錐台形突起部が両面に形成され、クリアランスホール又はスリット孔が形成された金属板の上下には、該円錐台形金属突起部が僅かに露出するようにして、熱硬化性樹脂組成物で全面絶縁部を形成する。熱硬化性樹脂組成物による絶縁部の形成は、半硬化状態の熱硬化性樹脂組成物を基材含浸、乾燥したプリプレグシート、樹脂シート、樹脂付き金属箔、或いは塗布樹脂層を用いてなされる。絶縁部の高さは、積層成形時に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、表裏面の金属箔部に円錐台形金属突起部が表裏層の金属箔に接合するような高さにして、両面金属箔張積層板を作成する。
【０００８】得られた両面金属箔張積層板の、両面円錐台形突起先端部が表理層金属箔と接触している箇所を、エッチング等の公知の方法にて金属箔を除去する。ただし、半導体チップ側表面は円錐台形突起部先端を金属箔と独立して表面に露出させるか全面除去する。裏面のボールパッドを形成する側は、ボールパッドを形成する箇所を避けて金属突起を露出させ、表層に付着している樹脂層をデスミア処理等で除去した後、スルーホールをメカニカルドリル或いはレーザー等公知の方法であけ、全体を金属メッキする。金属メッキされたスルーホールと金属円錐台形突起部先端とを銅メッキで電気的に接続するとともに、裏面はボールパッド部となる周囲の銅箔とも銅メッキで電気的に接続する。公知の方法で表裏に回路を形成した後、少なくとも表層の半導体チップ搭載部、ボンディングパッド部及び裏面のハンダボールパッド部をメッキレジストで被覆し、ニッケル又は金メッキを施す。その後、表面の半導体チップ搭載部に熱伝導性接着剤で半導体チップを接着固定し、ワイヤボンディングし、少なくとも半導体チップ、ワイヤ、ボンディングパッドを樹脂封止する。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。半導体チップから発生した熱は、半導体チップ搭載部分から熱伝導して金属板の円錐台形突起部を通り、金属板に伝達し、反対面の金属円錐台形突起を通ってハンダボール用パッドに伝導し、ハンダボールで接合したマザーボードプリント配線板に拡散する。
【０００９】金属板の側面については、熱硬化性樹脂組成物で被覆されている形、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。
【００１０】表裏信号回路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、金属板と接触しないように形成する。必要によりデスミア処理を施し、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金属層を形成して、メッキされたスルーホールを形成する。
【００１１】表裏の回路形成後、貴金属メッキを、少なくともワイヤボンディングパッド表面に形成してプリント配線板を完成させる。この場合、貴金属メッキの必要のない箇所は、事前にメッキレジストで被覆しておく。または、メッキ後に、必要により公知の熱硬化性樹脂組成物、或いは光選択性熱硬化性樹脂組成物で、少なくとも半導体チップ搭載部となる銅箔の一部または全部、ボンディングパッド部、反対面のハンダボール接着用パッド部以外の表面に皮膜を形成する。
【００１２】該プリント配線板の、内層となる円錐台形突起を持った金属板の円錐台の上は、そのまま、または電導性のハンダ等を付着させて表層の金属箔と接合させ、その接合した表層の金属箔上に半導体チップを、熱伝導性接着剤を用いて固定し、さらに半導体チップとプリント配線板回路のボンディングパッドとをワイヤボンディング法で接続し、少なくとも、半導体チップ、ボンディングワイヤ及びボンディングパッドを公知の封止樹脂で封止する。
【００１３】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。
【００１４】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30〜500μm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。
【００１５】本発明の金属円錐台形突起部の高さは、特に限定はないが、50〜150μmが好適である。また、プリプレグ、樹脂シート、樹脂付き金属箔、塗布樹脂等の絶縁層の厚さは、金属円錐台形突起の高さよりやや低め、好ましくは5〜15μm低めとし、積層成形後に、少なくとも表層金属箔の一部と接続させる。円錐台形の大きさは、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。
【００１６】金属円錐台形突起部形成範囲は、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の下に存在するようにする。反対面も同様である。
【００１７】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ステル樹脂、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。
【００１８】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。
【００１９】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号公報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。
【００２０】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。
【００２１】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号公報に記載の末端三重結合のポリイミド類が挙げられる。
【００２２】これらの熱硬化性樹脂は、単独でも使用できるが、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。
【００２３】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。
【００２４】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。
【００２５】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。
【００２６】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。
【００２７】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隔てられ、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。
【００２８】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、樹脂付き金属箔も使用できる。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。
【００２９】本発明の金属板の入った半導体プラスチックパッケージを作成する方法は特に限定されないが、例えば以下（図１参照）の方法による。
(1) 金属板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、半導体チップを固定する箇所、反対面の金属円錐台形突起を形成する範囲のレジスト全部を残し、エッチングにて金属板を所定厚み溶解した後、エッチングレジストを除去し、再び両面の円錐台形突起を形成する箇所にエッチングレジストを付着後、円形で残し、さらにクリアランスホールとなる部分のエッチングレジストを除去し、上下から同一圧力のエッチング液でエッチングして、表裏面に円錐台形の突起を形成すると同時にクリアランスホールを形成する。金属板表面に酸化銅処理等の化学処理を施し、表裏に、プリプレグ、樹脂シート、樹脂付き銅箔、或いは塗布樹脂層を配置し、必要により銅箔を配置し、(2) 加熱、加圧、真空下に積層成形し、(3) スルーホールをドリル等であけ、(4) 金属板の円錐台形上の銅箔の箇所を、表面は全面、裏面はハンダボール形成箇所は銅箔を残し、それ以外の箇所の円錐台形上の銅箔をエッチングで除去し、デスミア処理後、(5) 全体を銅メッキし、(6) 表裏に回路を形成した後、半導体搭載部、ボンディングパッド部及びハンダボールパッド部以外にレジストを形成し、ニッケルメッキ、金メッキを施し、(7) 表面には半導体チップを銀ペーストで接着固定し、ワイヤボンディング後、少なくとも半導体チップ、ワイヤ、ワイヤボンディングパッドを樹脂封止する。裏面には、ハンダボール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。
【００３０】
【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。
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℃で溶融させ、攪拌しながら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BST＃200、日本タルク＜株＞製)500部を加え、均一攪拌混合してワニスＡを得た。このワニスを厚さ100μm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10mmとなるように作成した、絶縁層の厚さ137μmの半硬化状態のプリプレグＢを得た。一方、内層金属板となる厚さ400μm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及びその反対面の範囲をエッチングレジストを残し、両側から130μmエッチングして中央部表裏が凸の金属板とした。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部及び裏面に形成する円錐台形突起部となる箇所に、径200μm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去し、上下からエッチングにて金属板を溶解し、金属板表裏の中央13mm角内に、高さ130μm、底部径658μm、上部径162μmの円錐台形の突起を表に144個、裏面に64個作成すると同時に、孔径0.6mmφのクリアランスホール（図１、ｃ）をあけた。金属板全面に黒色酸化銅処理を施し、この表裏面に上記プリプレグＢ（図１R>１、ｂ）を置き、その上下に12μmの電解銅箔（図１、ａ）を配置して、200℃、20kgf/cm2、30mmHg以下の真空下で２時間積層成形し、一体化した。表裏にエッチングレジストを付着して、表面は突起がある半導体チップ搭載部全面、裏面は円錐台形の突起上の箇所だけを、径200μmでエッチング除去し、デスミア処理後に径0.25mmのスルーホール（図１、ｆ）をドリルにてあけ、銅メッキを無電解、電解メッキで20μm付着させた。表裏にエッチングレジストを付着して、表面中央部の半導体チップ搭載部等の回路、裏面の銅箔上に銅メッキされたハンダボール接合部及びこれと接続する円錐台形突起部上の銅メッキ等を回路形成し、レジストを溶解除去後、半導体チップ搭載部、ワイヤボンディング部、及び裏面のボールパッド部以外にメッキレジストを形成し、ニッケル、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円錐台形突起（図１、ｅ）がメッキされた銅（図１、ｊ）と接触して電気伝導性のある銅表面に、大きさ13mm角の半導体チップ（図１、ｈ）を銀ペーストで接着固定した後、ワイヤボンディングを行い、次いでシリカ入りエポキシ封止用コンパウンドを用い、半導体チップ、ワイヤ及びボンディングパッドを樹脂封止し、裏面にハンダボールを接合して半導体パッケージを作成した。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１、ｋ）を溶融接合した。評価結果を表1に示す。
【００３１】実施例２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）700部、及びエポキシ樹脂（商品名：ESCN220F、住友化学工業＜株＞製）300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均一溶解させ、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（at 170℃）10秒、樹脂流れ98μmのノーフロープリプレグ（プリプレグＣ）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Ｄ）を作成した。積層条件を190℃、30kgf/cm2、30mmHgとした他は実施例１と同様に操作して２時間の積層成形を実施した。裏面の突起部範囲全面をエッチング除去し、その他は実施例１と同様に操作して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した。評価結果を表１
【００３２】比較例１実施例１のプリプレグＢ（図２、ｂ）を２枚使用し、上下に12μmの電解銅箔（図２、ａ）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0.25mmφのスルーホール（図２、ｇ）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２、ｌ）が形成されており、この上に銀ペースト（図２、ｎ）で半導体チップ（図２、ｈ）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２、ｍ）で実施例１と同様に樹脂封止し、ハンダボール（図２、ｋ）を接合した。実施例１と同様に同様にマザーボードに接合した。評価結果を表１に示す。
【００３３】比較例２実施例２のプリプレグＤを２枚使用し、190℃、20kgf/cm2、30mmHg以下の真空下で２時間積層成形し、両面銅張積層板を作成した。後は比較例１と同様に操作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（図３、ｄ）を、上記ノーフロープリプレグＣ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（図３、ｎ）で半導体チップ（図３、ｈ）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（図３、ｍ）で封止した。ついで実施例１と同様に操作し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。
【００３４】
表１ 項 目 実 施 例 比 較 例 １ ２ １ ２ ボールシェア強度 1.5 0.8 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 24hrs. 異常なし 異常なし 異常なし 48hrs. 異常なし 異常なし 異常なし 72hrs. 異常なし 異常なし 異常なし 96hrs. 異常なし 異常なし 一部剥離 120hrs. 異常なし 一部剥離 一部剥離 144hrs. 異常なし 一部剥離 一部剥離 168hrs. 異常なし 一部剥離 一部剥離 吸湿後の耐熱性B) 常 態 異常なし ー 異常なし 異常なし 24hrs. 異常なし 一部剥離 一部剥離 48hrs. 異常なし 剥離大 剥離大 72hrs. 異常なし ワイヤ切れ ワイヤ切れ 96hrs. 異常なし ワイヤ切れ ワイヤ切れ 120hrs. 異常なし ワイヤ切れ ワイヤ切れ 144hrs. 異常なし − − 168hrs. 異常なし − −
【００３５】
表１（続）
項 目 実 施 例 比 較 例 １ ２ １ ２ プレッシャークッカー 処理後の絶縁抵抗値 (Ω）
常 態 4X1014 ー 6X1014 6X1014 200hrs. 7X1012 5X1012 5X108 500hrs. 5X1011 3X1011 < 108 700hrs. 6X1010 4X1010 ー 1000hrs. 4X1010 2X1010 ー 耐マイグレーション性 （Ω）
常 態 6X1013 ー 5X1013 4X1013 200hrs. 5X1011 4X1011 3X109 500hrs. 4X1011 4X1011 < 108 700hrs. 1X1011 1X1011 ー 1000hrs. 9X1010 8X1010 ー ガラス転移温度(℃) ２３４ １６０ ２３４ １６０ 放熱性（℃） ３３ ３４ ５６ ４８
【００３６】＜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。
【００３７】
【発明の効果】本発明は、プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板を配置し、プリント配線板の片面に、少なくとも１個の半導体チップを熱伝導性接着剤で固定し、該金属板と表面の回路とを、多官能性シアン酸エステルのような熱硬化性樹脂組成物で絶縁し、そのプリント配線板表面に形成された回路導体と半導体チップとをワイヤボンディングで接続し、少なくとも、該表面のプリント配線板上の信号伝播回路導体と、プリント配線板の反対面に形成された回路導体もしくは該ハンダボールでの接続用導体パッドとを、金属板と樹脂組成物で絶縁されたスルーホール導体で結線し、少なくとも半導体チップ、ワイヤ、ボンディングパッドを樹脂封止している構造の半導体プラスチックパッケージに用いるプリント配線板であって、該プリント配線板の表面銅層と裏面の熱放散用ハンダボールパッド側表面に形成された銅層とが電気的に接続されている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とすることにより、更にはハンダボールパッド側表面に形成された銅層のうち、突起部と該銅層とが電気的に接続されている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を提供する。半導体チップ搭載部に熱伝導性接着剤で接着固定された半導体チップ、ワイヤ及びボンディングパッドを樹脂封止した半導体プラスチックパッケージを、該パッケージの裏面の金メッキされたパッドに接着させたハンダボールを溶融してマザーボードプリント配線板に接合する。上記構造とすることにより、半導体チップから発生した熱は、熱伝導性接着剤を通して、上側の金属円錐台形突起から金属板に伝わり、下側の円錐台形突起を通して裏面のボールパッド部に接合されたハンダボールに逃げ、マザーボードプリント配線板に拡散する。本発明によれば、内層金属板と外層の銅箔との接続信頼性、熱放散性に優れ、ハンダボールとの接着強度にも優れ、半導体チップの下面からの吸湿がなく、吸湿後の耐熱性、すなわちポップコーン現象が大幅に改善された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。さらに樹脂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た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。加えて大量生産に適しており、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の金属板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】比較例１の半導体プラスチックパッケージ製造工程図である。
【図３】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。
【符号の説明】
ａ 銅箔
ｂ プリプレグＢ
ｃ クリアランスホール
ｄ 金属板
ｅ 円錐台形突起
ｆ スルーホール用孔
ｇ 表裏回路導通用スルーホール
ｈ 半導体チップ
ｉ 銅箔
ｊ メッキされた銅層
ｋ ハンダボール
ｌ 放熱用スルーホール
ｍ 封止樹脂
ｎ 銀ペースト
０ ボンディングワイヤ
ｐ メッキレジスト
ｑ プリプレグＣ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板を配置し、プリント配線板の片面に少なくとも１個の半導体チップを熱伝導性接着剤で固定し、該金属板と表裏面の回路とを熱硬化性樹脂組成物で絶縁し、プリント配線板表面に形成された回路導体と半導体チップとをワイヤボンディングで接続し、少なくとも、該表面のプリント配線板上の信号伝播回路導体と、プリント配線板の反対面に形成された回路導体もしくは該パッケージの外部とハンダボールで接続するために形成された回路導体パッドとを、金属板と樹脂組成物で絶縁されたスルーホール導体で結線し、少なくとも、半導体チップ、ワイヤ、ボンディングパッドを樹脂封止している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、該プリント配線板の一部を構成する金属板に形成された突起が、半導体チップ側表面に形成された銅層及び裏面の熱放散用ハンダボールパッド側表面に形成された銅層に電気的に接続されている半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板。
【請求項２】 該プリント配線板において、ハンダボールパッド側表面に形成された銅層の内、突起部と該銅層との電気的接続が、該銅層の一部に形成されるハンダボールを固定する場所を避けて接続されている請求項１記載の半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板。
【請求項３】 該金属板が、銅95重量%以上の銅合金、或いは純銅である請求項１または２記載のプリント配線板。
【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または３記載のプリント配線板。
【請求項１】 プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板を配置し、プリント配線板の片面に少なくとも１個の半導体チップを熱伝導性接着剤で固定し、該金属板と表裏面の回路とを熱硬化性樹脂組成物で絶縁し、プリント配線板表面に形成された回路導体と半導体チップとをワイヤボンディングで接続し、少なくとも、該表面のプリント配線板上の信号伝播回路導体と、プリント配線板の反対面に形成された回路導体もしくは該パッケージの外部とハンダボールで接続するために形成された回路導体パッドとを、金属板と樹脂組成物で絶縁されたスルーホール導体で結線し、少なくとも、半導体チップ、ワイヤ、ボンディングパッドを樹脂封止している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、該プリント配線板の一部を構成する金属板に形成された突起が、半導体チップ側表面に形成された銅層及び裏面の熱放散用ハンダボールパッド側表面に形成された銅層に電気的に接続されている半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板。
【請求項２】 該プリント配線板において、ハンダボールパッド側表面に形成された銅層の内、突起部と該銅層との電気的接続が、該銅層の一部に形成されるハンダボールを固定する場所を避けて接続されている請求項１記載の半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板。
【請求項３】 該金属板が、銅95重量%以上の銅合金、或いは純銅である請求項１または２記載のプリント配線板。
【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または３記載のプリント配線板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０００−１５０７１４（Ｐ２０００−１５０７１４Ａ）
【公開日】平成１２年５月３０日（２０００．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−３３３４５２
【出願日】平成１０年１１月９日（１９９８．１１．９）
【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５月３０日（２０００．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年１１月９日（１９９８．１１．９）
【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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