半導体プラスチックパッケージ
【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半導体プラスチックパッケージを得る。
【解決手段】 両面円錐台形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であって、表面は円錐台形突起を半導体チップ搭載金属箔ａ間に、裏面はボールパッド用金属箔間に独立して露出させ、その露出金属表面をデスミア処理後、全体を金属メッキし、半導体チップ搭載部ｇ、ボンディングパッド部及びボールパッド部を除いてメッキレジストで被覆して貴金属メッキｈすることにより得られたプリント配線板は、金属芯ｃとスルーホールｆが多官能性シアン酸エステル等の熱硬化性樹脂組成物で絶縁されており、該配線板の片面に半導体チップを熱伝導性接着剤で固定され、該チップ、ワイヤ及びボンディングパッドが樹脂封止された半導体プラスチックパッケージ。
【解決手段】 両面円錐台形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であって、表面は円錐台形突起を半導体チップ搭載金属箔ａ間に、裏面はボールパッド用金属箔間に独立して露出させ、その露出金属表面をデスミア処理後、全体を金属メッキし、半導体チップ搭載部ｇ、ボンディングパッド部及びボールパッド部を除いてメッキレジストで被覆して貴金属メッキｈすることにより得られたプリント配線板は、金属芯ｃとスルーホールｆが多官能性シアン酸エステル等の熱硬化性樹脂組成物で絶縁されており、該配線板の片面に半導体チップを熱伝導性接着剤で固定され、該チップ、ワイヤ及びボンディングパッドが樹脂封止された半導体プラスチックパッケージ。
【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搭載した形の、新規な金属芯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、多端子高密度の半導体プラスチックパッケージ用として適している。本半導体プラスチックパッケージは、ソルダー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し、プリント配線板の下面にはソルダーボールを用いて、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が公知である。この半導体プラスチックパッケージでは、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を下面に接続するための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場合がある。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、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において、該パッケージが、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、該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、プリント配線板表面上の信号伝播回路導体を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の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た構造を有し、該プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央部に配置した金属板の一部に複数個の金属突起部を設け、半導体チップを直接固定する表面の金属箔、及び裏面の熱放散用ハンダボールパッドの金属箔の一部分に、金属箔とは独立して、円錐台形の金属突起先端部を露出させ、この露出金属突起部先端をデスミア処理し、表裏回路導通用スルーホールを金属板と接触しないようにあけ、全体を金属メッキし、表裏に回路を形成後、少なくとも半導体チップ搭載部、ボンディングパッド部及びハンダボールパッド部を貴金属メッキし、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ていることを特徴とする半導体プラスチックパッケージを提供する。上記構造を有する本発明のパッケージは、金属芯と表層の金属箔との密着性が良好なため熱放散性に優れ、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。また、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ているものが得られる。さらには、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が提供される。
【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、次のような構造を有している。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せた金属突起先端部を表裏の金属箔の間に独立して露出させ、この露出させた金属突起部をデスミア処理後、表裏回路導通用スルーホールをドリル、或いはレーザー等で金属板（芯）と接触しないようにあけ、全体を金属メッキ後、回路を形成する。ついで、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、金メッキを行った後に、表面の円錐台形上の半導体チップ搭載金属箔部上に半導体チップを熱伝導性接着剤で固定し、該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、ボンディングパッドは樹脂封止されている。裏面の、金属メッキ、貴金属メッキされた円錐台形突起部先端の金属箔部は、ハンダボールパッドをハンダでマザーボードプリント配線板と接合した形態とし、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を、熱硬化性樹脂組成物で絶縁した構造としている。
【０００６】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、ポップコーン現象は改善できない。本発明の半導体プラスチックパッケージの製造方法について次に説明する。まず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円錐台形の金属突起を形成し、該金属平板にクリアランスホール又はスリット孔をあけ、該金属平板の両面には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、該樹脂層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、内層金属芯入り両面金属箔張積層板を作成する。金属芯の形成方法としては、特に限定しないが、例えば、まず金属平板の、金属突起部を形成する範囲にエッチングレジストを残して厚さ方向の１／２程度金属板をエッチング除去し、エッチングレジスト除去後、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、同時に金属板の厚さ方向に薄くした部分では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芯を作成する。
【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は、該円錐台形金属突起部が僅かに露出するようにし、すべ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に含浸乾燥したプリプレグ、樹脂シート、樹脂付き金属箔、或いは塗布樹脂層を用いて行う。絶縁部は、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、表面の金属箔部に円錐台形金属突起部を接触させ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層金属箔と接触している箇所を、公知の方法にて金属箔を除去し、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。デスミア処理、プラズマ処理或いはレーザー等で金属突起部を処理して円錐台形突起部先端に樹脂が付着している場合はその樹脂を除去し、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、全体を金属メッキし、金属円錐台形突起部先端と周囲の金属箔を金属メッキで接続する。公知の方法で表裏に回路を形成後、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、ニッケルメッキあるいは金メッキを施す。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、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芯の円錐台形突起部を通り、金属芯に伝達し、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している形、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の金属層を形成して、メッキされたスルーホールを形成する。
【００１１】表裏の回路を形成後、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、或いは光選択熱硬化性樹脂組成物で、少なくともボンディングパッド、反対面のハンダボール接着用パッド以外の表面に皮膜を形成する。
【００１２】該プリント配線板の、内層円錐台形金属芯上に付着したハンダで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接着固定し、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ソルダーボール接続用導体パッドに、ソルダーボールを接続してP-BGAを作り、マザーボードプリント配線板上の回路にソルダーボールを重ね、熱によってボールを熔融接続するか、またはパッケージにソルダーボールをつけずに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ソルダーボール接続用導体パッドとP-LGA用のソルダーボール用導体パッドとを、ソルダーボールを加熱熔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100〜500μm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触させる。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、半導体チップ面積以下、一般的には5〜20mm角以内とし、半導体チップ固定用金属箔の下に存在するようにする。反対面の突起は正反対の箇所に作成する。
【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。
【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。
【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。内層金属箔も同様のものが使用される。
【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】本発明の金属芯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を図１に基づいて説明する。なお作成方法は下記の方法に限定されるものではない。
(1) 金属芯ｃとなる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を残し、エッチングにて金属板を所定厚みだけ溶解した後、エッチングレジストを除去する。再びエッチングレジストで全面を被覆し、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円形で残し、さらに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ｄを形成すると同時にクリアランスホールｒを形成する。表裏に、プリプレグ、樹脂シート、樹脂付き金属箔、或いは塗布樹脂層を適宜配置し、金属箔が付着していない樹脂層にはその外側に金属箔ａを配置し、加熱、加圧、真空下に積層成形する。
(2) 金属芯ｃの円錐台形上の金属箔ａの箇所を、同様にエッチングで除去し、デスミア処理する。
(3) 所定の位置にドリル、レーザー等でスルーホール用貫通孔ｆを内層金属板に接触しないようにあける。
(4) 全体を金属メッキする。
(5) 表裏に回路を形成する。
(6) 貴金属メッキをしない箇所をメッキレジストｉで被覆後、ニッケルメッキ、金メッキｈを施す。
(7) 表面には半導体チップを銀ペーストｌ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ｎ、ワイヤｋ、ワイヤボンディングパッドを樹脂封止ｊする。裏面には、ハンダボールｍ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℃に熔融させ、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80μm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107μmの半硬化状態のプリプレグＢを得た。
【００３１】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105μmエッチングして中央部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に形成する円錐台形突起部となる箇所に、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114μm、底部径658μm、上部径102μmの円錐台形の突起を表裏それぞれに400個作成すると同時に、孔径0.6mmφのクリアランスホールをあけた。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を置き、その上下に12μmの電解銅箔を配置して、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中央部の円錐台形の箇所だけを、径150μmでエッチング除去し、デスミア処理後に径0.25mmのスルーホールをドリルにてあけ、銅メッキを無電解、電解メッキを全面に行い、孔内に17μmの銅メッキ層を形成した。公知の方法で表裏に回路を形成し、半導体チップ搭載部、ボンディングパッド部及び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がメッキ銅と接触している部分に、大きさ13mm角の半導体チップ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樹脂を用い、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、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を熔融接合した。評価結果を表１に示す。
【００３２】比較例１実施例１で作成したのと同じプリプレグＢ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0.25mmφ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（ｅ）。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ｉで被覆後、ニッケルメッキ、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ｐが形成されており、この上に銀ペーストｌで半導体チツプｎ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ｊで実施例１と同様に樹脂封止し、ハンダボールｍを接合した(図２)。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エポキシ樹脂(商品名:エピコート5045)700部、及びエポキシ樹脂(商品名:ESCN220F)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(at170℃)10秒、樹脂流れ98μmのノーフロープリプレグ(プリプレグＣ)、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。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ｃ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ｊで封止した(図３)。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。
【００３４】
表１ 項 目 実 施 例 比 較 例 １ １ ２ 接続性 良好 ー ー 吸湿後の耐熱性A) 常 態 異常なし 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 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 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 6X1014 6X1014 200hrs. 8X1012 5X1012 2X1011 500hrs. 6X1011 3X1011 <1×108 700hrs. 4X1010 2X1010 ー 1000hrs. 2X1010 1X1010 ー 耐マイグレーション性 （Ω）
常 態 6X1013 5X1013 2X1013 200hrs. 5X1011 4X1011 7X109 500hrs. 4X1011 4X1011 <1×108 700hrs. 1X1011 1X1011 ー 1000hrs. 9X1010 8X1010 ー ガラス転移温度(℃) 234 234 160 放熱性（℃） 32 56 48
【００３６】＜測定方法＞1) 接続性円錐台形部が外層の金属箔と接合した箇所の断面を観察した。
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】本発明によれば、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において、該パッケージが、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、該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、プリント配線板表面上の信号伝播回路導体を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た構造を有し、該プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央部に配置した金属板の一部に複数個の金属突起部を設け、半導体チップを直接固定する表面の金属箔、及び裏面の熱放散用ハンダボールパッドの金属箔の一部分に、金属箔とは独立して、円錐台形の金属突起先端部を露出させ、この露出金属突起部先端をデスミア処理し、表裏回路導通用スルーホールを金属板と接触しないようにあけ、全体を金属メッキし、表裏に回路を形成後、少なくとも半導体チップ搭載部、ボンディングパッド部及びハンダボールパッド部を貴金属メッキし、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ていることを特徴とする半導体プラスチックパッケージが提供される。ワイヤボンディング、樹脂封止して得られた半導体プラスチックパッケージは、裏面の同様に金メッキされたパッドに接着されたハンダボールを溶融させて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、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（芯）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構造となっている。これにより、内層金属芯と外層の金属箔との接続信頼性、熱放散性に優れ、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、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も優れている。本発明によれば、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が提供される。
【図の簡単な説明】
【図１】本発明の金属板入り半導体プラスチックパッケージ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 金属箔ｂ 熱硬化性樹脂組成物層ｃ 金属芯ｄ 金属円錐台形突起ｅ クリアランスホールｆ 表裏回路導通用スルーホールｇ 金属メッキされた半導体チップ搭載部ｈ 貴金属メッキｉ メッキレジストｊ 封止樹脂ｋ ボンディングワイヤｌ 銀ペーストｍ ハンダボールｎ 半導体チップｏ プリプレグＢｐ 放熱用スルーホールｑ プリプレグＣｒ クリアランスホール部
【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搭載した形の、新規な金属芯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、多端子高密度の半導体プラスチックパッケージ用として適している。本半導体プラスチックパッケージは、ソルダー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し、プリント配線板の下面にはソルダーボールを用いて、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が公知である。この半導体プラスチックパッケージでは、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を下面に接続するための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場合がある。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、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において、該パッケージが、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、該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、プリント配線板表面上の信号伝播回路導体を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の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た構造を有し、該プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央部に配置した金属板の一部に複数個の金属突起部を設け、半導体チップを直接固定する表面の金属箔、及び裏面の熱放散用ハンダボールパッドの金属箔の一部分に、金属箔とは独立して、円錐台形の金属突起先端部を露出させ、この露出金属突起部先端をデスミア処理し、表裏回路導通用スルーホールを金属板と接触しないようにあけ、全体を金属メッキし、表裏に回路を形成後、少なくとも半導体チップ搭載部、ボンディングパッド部及びハンダボールパッド部を貴金属メッキし、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ていることを特徴とする半導体プラスチックパッケージを提供する。上記構造を有する本発明のパッケージは、金属芯と表層の金属箔との密着性が良好なため熱放散性に優れ、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。また、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ているものが得られる。さらには、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が提供される。
【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、次のような構造を有している。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せた金属突起先端部を表裏の金属箔の間に独立して露出させ、この露出させた金属突起部をデスミア処理後、表裏回路導通用スルーホールをドリル、或いはレーザー等で金属板（芯）と接触しないようにあけ、全体を金属メッキ後、回路を形成する。ついで、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、金メッキを行った後に、表面の円錐台形上の半導体チップ搭載金属箔部上に半導体チップを熱伝導性接着剤で固定し、該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、ボンディングパッドは樹脂封止されている。裏面の、金属メッキ、貴金属メッキされた円錐台形突起部先端の金属箔部は、ハンダボールパッドをハンダでマザーボードプリント配線板と接合した形態とし、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を、熱硬化性樹脂組成物で絶縁した構造としている。
【０００６】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、ポップコーン現象は改善できない。本発明の半導体プラスチックパッケージの製造方法について次に説明する。まず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円錐台形の金属突起を形成し、該金属平板にクリアランスホール又はスリット孔をあけ、該金属平板の両面には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、該樹脂層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、内層金属芯入り両面金属箔張積層板を作成する。金属芯の形成方法としては、特に限定しないが、例えば、まず金属平板の、金属突起部を形成する範囲にエッチングレジストを残して厚さ方向の１／２程度金属板をエッチング除去し、エッチングレジスト除去後、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、同時に金属板の厚さ方向に薄くした部分では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芯を作成する。
【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は、該円錐台形金属突起部が僅かに露出するようにし、すべ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に含浸乾燥したプリプレグ、樹脂シート、樹脂付き金属箔、或いは塗布樹脂層を用いて行う。絶縁部は、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、表面の金属箔部に円錐台形金属突起部を接触させ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層金属箔と接触している箇所を、公知の方法にて金属箔を除去し、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。デスミア処理、プラズマ処理或いはレーザー等で金属突起部を処理して円錐台形突起部先端に樹脂が付着している場合はその樹脂を除去し、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、全体を金属メッキし、金属円錐台形突起部先端と周囲の金属箔を金属メッキで接続する。公知の方法で表裏に回路を形成後、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、ニッケルメッキあるいは金メッキを施す。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、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芯の円錐台形突起部を通り、金属芯に伝達し、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している形、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の金属層を形成して、メッキされたスルーホールを形成する。
【００１１】表裏の回路を形成後、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、或いは光選択熱硬化性樹脂組成物で、少なくともボンディングパッド、反対面のハンダボール接着用パッド以外の表面に皮膜を形成する。
【００１２】該プリント配線板の、内層円錐台形金属芯上に付着したハンダで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接着固定し、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ソルダーボール接続用導体パッドに、ソルダーボールを接続してP-BGAを作り、マザーボードプリント配線板上の回路にソルダーボールを重ね、熱によってボールを熔融接続するか、またはパッケージにソルダーボールをつけずに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ソルダーボール接続用導体パッドとP-LGA用のソルダーボール用導体パッドとを、ソルダーボールを加熱熔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100〜500μm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触させる。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、半導体チップ面積以下、一般的には5〜20mm角以内とし、半導体チップ固定用金属箔の下に存在するようにする。反対面の突起は正反対の箇所に作成する。
【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。
【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。
【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。内層金属箔も同様のものが使用される。
【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】本発明の金属芯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を図１に基づいて説明する。なお作成方法は下記の方法に限定されるものではない。
(1) 金属芯ｃとなる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を残し、エッチングにて金属板を所定厚みだけ溶解した後、エッチングレジストを除去する。再びエッチングレジストで全面を被覆し、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円形で残し、さらに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ｄを形成すると同時にクリアランスホールｒを形成する。表裏に、プリプレグ、樹脂シート、樹脂付き金属箔、或いは塗布樹脂層を適宜配置し、金属箔が付着していない樹脂層にはその外側に金属箔ａを配置し、加熱、加圧、真空下に積層成形する。
(2) 金属芯ｃの円錐台形上の金属箔ａの箇所を、同様にエッチングで除去し、デスミア処理する。
(3) 所定の位置にドリル、レーザー等でスルーホール用貫通孔ｆを内層金属板に接触しないようにあける。
(4) 全体を金属メッキする。
(5) 表裏に回路を形成する。
(6) 貴金属メッキをしない箇所をメッキレジストｉで被覆後、ニッケルメッキ、金メッキｈを施す。
(7) 表面には半導体チップを銀ペーストｌ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ｎ、ワイヤｋ、ワイヤボンディングパッドを樹脂封止ｊする。裏面には、ハンダボールｍ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℃に熔融させ、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80μm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107μmの半硬化状態のプリプレグＢを得た。
【００３１】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105μmエッチングして中央部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に形成する円錐台形突起部となる箇所に、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114μm、底部径658μm、上部径102μmの円錐台形の突起を表裏それぞれに400個作成すると同時に、孔径0.6mmφのクリアランスホールをあけた。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を置き、その上下に12μmの電解銅箔を配置して、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中央部の円錐台形の箇所だけを、径150μmでエッチング除去し、デスミア処理後に径0.25mmのスルーホールをドリルにてあけ、銅メッキを無電解、電解メッキを全面に行い、孔内に17μmの銅メッキ層を形成した。公知の方法で表裏に回路を形成し、半導体チップ搭載部、ボンディングパッド部及び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がメッキ銅と接触している部分に、大きさ13mm角の半導体チップ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樹脂を用い、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、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を熔融接合した。評価結果を表１に示す。
【００３２】比較例１実施例１で作成したのと同じプリプレグＢ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0.25mmφ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（ｅ）。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ｉで被覆後、ニッケルメッキ、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ｐが形成されており、この上に銀ペーストｌで半導体チツプｎ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ｊで実施例１と同様に樹脂封止し、ハンダボールｍを接合した(図２)。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エポキシ樹脂(商品名:エピコート5045)700部、及びエポキシ樹脂(商品名:ESCN220F)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(at170℃)10秒、樹脂流れ98μmのノーフロープリプレグ(プリプレグＣ)、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。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ｃ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ｊで封止した(図３)。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。
【００３４】
表１ 項 目 実 施 例 比 較 例 １ １ ２ 接続性 良好 ー ー 吸湿後の耐熱性A) 常 態 異常なし 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 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 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 6X1014 6X1014 200hrs. 8X1012 5X1012 2X1011 500hrs. 6X1011 3X1011 <1×108 700hrs. 4X1010 2X1010 ー 1000hrs. 2X1010 1X1010 ー 耐マイグレーション性 （Ω）
常 態 6X1013 5X1013 2X1013 200hrs. 5X1011 4X1011 7X109 500hrs. 4X1011 4X1011 <1×108 700hrs. 1X1011 1X1011 ー 1000hrs. 9X1010 8X1010 ー ガラス転移温度(℃) 234 234 160 放熱性（℃） 32 56 48
【００３６】＜測定方法＞1) 接続性円錐台形部が外層の金属箔と接合した箇所の断面を観察した。
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】本発明によれば、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において、該パッケージが、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、該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、プリント配線板表面上の信号伝播回路導体を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た構造を有し、該プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央部に配置した金属板の一部に複数個の金属突起部を設け、半導体チップを直接固定する表面の金属箔、及び裏面の熱放散用ハンダボールパッドの金属箔の一部分に、金属箔とは独立して、円錐台形の金属突起先端部を露出させ、この露出金属突起部先端をデスミア処理し、表裏回路導通用スルーホールを金属板と接触しないようにあけ、全体を金属メッキし、表裏に回路を形成後、少なくとも半導体チップ搭載部、ボンディングパッド部及びハンダボールパッド部を貴金属メッキし、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ていることを特徴とする半導体プラスチックパッケージが提供される。ワイヤボンディング、樹脂封止して得られた半導体プラスチックパッケージは、裏面の同様に金メッキされたパッドに接着されたハンダボールを溶融させて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、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（芯）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構造となっている。これにより、内層金属芯と外層の金属箔との接続信頼性、熱放散性に優れ、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、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も優れている。本発明によれば、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が提供される。
【図の簡単な説明】
【図１】本発明の金属板入り半導体プラスチックパッケージ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 金属箔ｂ 熱硬化性樹脂組成物層ｃ 金属芯ｄ 金属円錐台形突起ｅ クリアランスホールｆ 表裏回路導通用スルーホールｇ 金属メッキされた半導体チップ搭載部ｈ 貴金属メッキｉ メッキレジストｊ 封止樹脂ｋ ボンディングワイヤｌ 銀ペーストｍ ハンダボールｎ 半導体チップｏ プリプレグＢｐ 放熱用スルーホールｑ プリプレグＣｒ クリアランスホール部
【特許請求の範囲】
【請求項１】 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において、該パッケージが、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、該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、プリント配線板表面上の信号伝播回路導体を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た構造を有し、該プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央部に配置した金属板の一部に複数個の金属突起部を設け、半導体チップを直接固定する表面の金属箔、及び裏面の熱放散用ハンダボールパッドの金属箔の一部分に、金属箔とは独立して、円錐台形の金属突起先端部を露出させ、この露出金属突起部先端をデスミア処理し、表裏回路導通用スルーホールを金属板と接触しないようにあけ、全体を金属メッキし、表裏に回路を形成後、少なくとも半導体チップ搭載部、ボンディングパッド部及びハンダボールパッド部を貴金属メッキし、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ていることを特徴とする半導体プラスチックパッケージ。
【請求項２】 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記載の半導体プラスチックパッケージ。
【請求項３】 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または２記載の半導体プラスチックパッケージ。
【請求項１】 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において、該パッケージが、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、該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、プリント配線板表面上の信号伝播回路導体を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た構造を有し、該プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央部に配置した金属板の一部に複数個の金属突起部を設け、半導体チップを直接固定する表面の金属箔、及び裏面の熱放散用ハンダボールパッドの金属箔の一部分に、金属箔とは独立して、円錐台形の金属突起先端部を露出させ、この露出金属突起部先端をデスミア処理し、表裏回路導通用スルーホールを金属板と接触しないようにあけ、全体を金属メッキし、表裏に回路を形成後、少なくとも半導体チップ搭載部、ボンディングパッド部及びハンダボールパッド部を貴金属メッキし、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ていることを特徴とする半導体プラスチックパッケージ。
【請求項２】 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記載の半導体プラスチックパッケージ。
【請求項３】 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または２記載の半導体プラスチックパッケージ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０００−６８４１１（Ｐ２０００−６８４１１Ａ）
【公開日】平成１２年３月３日（２０００．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−２５０４４５
【出願日】平成１０年８月２０日（１９９８．８．２０）
【出願人】（０００００４４６６）三菱瓦斯化学株式会社 (1,281)
【公開日】平成１２年３月３日（２０００．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年８月２０日（１９９８．８．２０）
【出願人】（０００００４４６６）三菱瓦斯化学株式会社 (1,281)
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