半導体プラスチックパッケージ
【課題】 放熱性、吸湿後の耐熱性など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】 金属芯プリント配線板からなり、表面の半導体チップ搭載部とその裏面の金属芯が基板表面に露出し、その表面周囲には該表面露出部に搭載した半導体チップとワイヤボンディングで接続したプリント配線が形成され、かつ、半導体チップが樹脂封止されてなり、裏面にはハンダボールと該ハンダボール接続用のプリント配線が形成され、表裏のプリント配線はスルーホール導通されている半導体プラスチックパッケージ。
【効果】 放熱性、吸湿後の耐熱性などに優れ、大量生産性にも適した新規な構造の半導体プラスチックパッケージを得ることができた。
【解決手段】 金属芯プリント配線板からなり、表面の半導体チップ搭載部とその裏面の金属芯が基板表面に露出し、その表面周囲には該表面露出部に搭載した半導体チップとワイヤボンディングで接続したプリント配線が形成され、かつ、半導体チップが樹脂封止されてなり、裏面にはハンダボールと該ハンダボール接続用のプリント配線が形成され、表裏のプリント配線はスルーホール導通されている半導体プラスチックパッケージ。
【効果】 放熱性、吸湿後の耐熱性などに優れ、大量生産性にも適した新規な構造の半導体プラスチックパッケージを得ることができた。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップを小型プリント配線板に搭載した形の、新規な半導体プラスチックパッケージに関する。特に、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に関する。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チップを固定し、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、表裏回路導体がメッキされたスルーホールで接続されて、半導体チップ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が公知である。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スルーホールが形成されている。
【０００３】該スルーホールの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、層間フクレを発生する危険性があり、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生じた場合、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。
【０００４】
【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体プラスチックパッケージを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、プリント配線板の片面に、半導体チップが固定され、半導体回路導体がその周囲のプリント配線板表面に形成された回路導体とワイヤボンディングで接続されており、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が、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スルーホール導体で結線されており、半導体チップ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であって、該プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板がプリント配線板の厚さ方向のほぼ中央に配置され、表裏回路導体と熱硬化性樹脂組成物で絶縁されており、金属板に少なくとも１個以上のスルーホール径より大きい径のクリアランスホールがあけられ、孔壁と金属板とは樹脂組成物で絶縁されており、半導体チップとほぼ同じ大きさの内層の金属の一部が表面に露出されており、該露出金属板の表面に半導体チップが固定されていて、且つ、半導体チップの固定用の金属板突起面とは反対側の表面の一部分に熱放散用の金属板突起面が露出してなることを特徴とする半導体プラスチックパッケージである。
【０００６】本発明の該金属板及び表層の回路用金属が銅95重量％以上の銅合金、或いは純銅であることが好ましく、また、該絶縁樹脂組成物が、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ことが好ましい。本半導体プラスチックパッケージは、露出した該熱放散用の金属板突起により、発生した熱はこの金属板を通して容易に逃げるものであり、また、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できた。加えて大量生産性にも適しており、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を得ることができた。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の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金属板を配置し、表裏の回路導体導通用のメッキされたスルーホールは、金属板にあけられたクリアランスホール径より小さめの径の孔とし、埋め込まれた樹脂のほぼ中央に形成することにより、金属板との絶縁性を保持する。
【０００８】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。本発明は、まず金属芯とする金属板をあらかじめ公知のエッチング法、冷間機械加工、圧延異型状加工法等の方法で、少なくとも１個以上の半導体チップ固定用に、半導体チップとほぼ同等の大きさの突起を形成しておく。次いで、表裏の導通スルーホールを形成可能なように、スルーホールを形成しようとする位置にスルーホール径より大きめのクリアランスホールを、公知のエッチング法、打ち抜き法、ドリル、レーザー等で金属芯に孔を形成しておく。半導体から発生する熱は、直接搭載する金属部分から金属板全体に熱伝導されるために、反対面に形成された、表面に露出した金属板突起部から、熱をマザーボードプリント配線板に拡散する構造とする。
【０００９】該突起とスルーホール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、突起部とクリアランスホールが形成された金属板の、半導体チップを直接固定する面及び反対面の突起部以外は、すべて熱硬化性樹脂組成物で絶縁部を形成する。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含浸、乾燥した半硬化のプリプレグ、樹脂シート、樹脂付き銅箔等を用い、半導体チップを直接固定する突起或いは反対面の突起のある金属部分に相当するプリプレグ等の部分を、あらかじめ突起部分の面積よりやや大きめの孔を打ち抜き等によってあけておき、これを両面に配置し、必要により、その外側に金属箔を配置し、加熱、加圧下に積層成形する。プリプレグの厚みは金属突起の高さよりやや高めになるように作成する。加熱、加圧工程中に、熱により１度熔融した半硬化状態の熱硬化性樹脂を金属板のクリアランスホールに流し込んでクリアランスホールの中を埋め込むと同時に、金属突起物の表面以外は熱硬化性樹脂組成物で一体化する。
【００１０】また、無溶剤或いは溶剤タイプの熱硬化性樹脂組成物を用い、スクリーン印刷等で該金属板突起場所以外に塗布し、更には裏面も同様に塗布してから加熱して半硬化状態とした後、このまま加熱して硬化するか、加熱、加圧下に積層成形して一体化する。積層成形する場合、上記と同様にクリアランスホール内に樹脂を流し込むと同時に熱硬化させる。塗布、半硬化する場合、低圧にてクリアランスホールの中に樹脂を流し込み、溶剤或いは空気を加熱しながら抜き、半硬化する。溶剤が入っている場合、クリアランスホール内の未充填が起こり易いため、あらかじめ無溶剤液状の熱硬化性樹脂組成物をクリアランスホール内に流し込み、硬化しておく方法が一般的であるが、いずれの方法においても、金属板のクリアランスホール内を熱硬化性樹脂組成物で充填されるように加工する。
【００１１】金属板の側面については、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。
【００１２】また、サブトラクティブ法によるスルーホールプリント配線板の形成のためには、積層成形時に、表裏の最外層に、プリント配線板よりやや大きめの金属箔、或いは片面金属箔張積層板を配置して、加熱、加圧下に積層成形することにより、外層回路形成用の金属箔で表裏が覆われた金属箔張多層板が形成される。
【００１３】表裏層に金属箔を使用しないで積層成形する場合、公知のアディティブ法にて回路を形成し、プリント配線板を作る。
【００１４】上記サブトラクティブ法、セミアディティブ法で作成した板の、半導体を固定する部分以外の箇所に表裏の回路を導通するスルーホール用孔をドリル、レーザー或いはプラズマ等、公知の方法にて小径の孔をあける。
【００１５】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のほぼ中央に、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とともに、フルアディティブ法では、同時に表裏にワイヤボンディング用端子、信号回路、ソルダーボール用パッド、導体回路等を形成する。
【００１６】セミアディティブ法では、スルーホールをメッキすると同時に、表裏も全面メッキされ、その後、公知の方法にて上下に回路を形成する。また、表裏金属箔を使用して積層成形されたものは、表裏の回路形成工程で、半導体チップ固定部分の金属突起部分及び反対面突起部の表面にある金属箔も除去される。次いで、ワイヤボンディング用の貴金属メッキを、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、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表面に被膜を形成する。
【００１７】該プリント配線板の半導体を接着する金属突起部分の表面に接着剤や金属粉混合接着剤を用いて、半導体チップを固定し、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。
【００１８】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。
【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30〜300 μｍのものが好適である。具体的には、純銅、無酸素銅、その他、銅95重量％以上のFe、Sn、Ｐ、Cr、Zr、Zn等との合金などが好適に使用される。また、42アロイ等の合金の表面を銅メッキした金属板等も使用され得る。
【００２０】本発明の金属突起部の高さは、30〜200 μm が好適である。また、突起部をくり抜いたプリプレグ、樹脂シート、樹脂付き銅箔、或いはスクリーン印刷等で形成する熱硬化性樹脂層の高さは、この突起と同じ高さか、やや高いことが好ましい。突起部の面積は、半導体チップの面積とほぼ同等であり、僅かに大きめが好ましい。一般的には５〜20mm角である。金属突起部は、エッチング、冷間機械加工、或いは圧延異型条等の一般に公知の加工方法で作成できる。また、平滑な金属板の上に、所定の大きさの同質、或いは異質の金属板を、熱伝導の良好な銅ペースト等、一般に公知の接着方法にて接着させることも可能である。
【００２１】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−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。
【００２２】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-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。
【００２３】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。
【００２４】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。
【００２５】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類が挙げられる。
【００２６】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、或いは金属箔の片面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。
【００３０】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３〜100 μｍの銅箔、ニッケル箔等が使用される。
【００３１】金属板に形成するクリアランスホールの径は、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、50〜300 μｍが好適である。
【００３２】本発明の多層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。この場合、半硬化状態の程度により、ハイフロー化、ローフロー化、ノーフロー化する。ノーフローとした場合、加熱、加圧して積層成形した時、樹脂の流れ出しが 100μｍ以下、好ましくは50μｍ以下とする。また、この際、金属板、金属箔とは接着し、ボイドが発生しないことが肝要である。加熱温度は一般的には 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。
【００３３】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は特に限定しないが、例えば以下（図１）の方法による。
(1) まず、内層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突起部及び反対面の熱放散用突起部のレジストが残るように作成したネガフィルムを被せ、紫外線照射後、１％炭酸ナトリウム水溶液で未露光部分を溶解除去する。
(2) エッチングにて金属板を所定厚み溶解してから、エッチングレジストを溶解除去する。
(3) 再び液状エッチングレジストで上下を被覆し、両面の金属突起部をくり抜き、クリアランスホール部分の光が遮断できるように作成したネガフィルムをその上にあて、紫外線で露光する。
【００３４】(4) クリアランスホール部のエッチングレジストを溶解除去してから、エッチング法にて両側からエッチングし、金属板にクリアランスホールを作成する。
(5) エッチングレジストを除去後、金属板全面を化学表面処理し、金属突起部の部分よりやや大きめに孔をあけたノーフロー又はローフロープリプレグを両側に配置し、上下に金属箔を置く。
(6) 加熱、加圧、真空下に積層成形した後、所定の位置にドリル、或いはレーザー等でスルーホールを内層金属板に接触しないようにあけ、デスミア処理を施した後、金属メッキを行う。
(7) 公知の方法にて上下に回路を作成すると同時に、金属板突起部の金属箔を除去し、貴金属メッキを施し、内層金属板の半導体チップ搭載部である突起部の表面に半導体チップを接着する。その後、樹脂封止を行い、必要によりハンダボールを接着する。
【００３５】
【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部とビス（4-マレイミドフェニル）メタン 100部とを 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。
【００３６】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：タルクP-3 、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 100μｍのガラス織布に含浸し 150℃で乾燥して、ゲル化時間(at170℃）10秒、 170℃,20kgf/cm2,5分間での樹脂流れ85μｍとなるように作成した、厚さ 105μｍの半硬化状態のプリプレグ（プリプレグＢ）を得た。
【００３７】一方、内層金属板となる厚さ 250μｍの銅板を用意し、大きさ50mm角のパッケージの中央に13mm角、高さ 100μｍの突起を、反対面には13mm角、高さ 100μｍの突起をエッチング法にて形成した。その後、該金属板の全面に液状エッチングレジストを厚さ25μｍ塗布し、乾燥して溶剤を飛ばした後、突起部をくり抜いたネガフィルムを両面にそれぞれ重ね、クリアランスホール部以外を紫外線照射してからクリアランスホール部のレジスト膜を１％炭酸ナトリウム水溶液で除去した後、両側からエッチングによって0.6mmφのクリアランスホールをあけた。
【００３８】金属板全面に黒色酸化銅処理を施し、この両面には、突起部分に相当する位置に、突起部より50μｍ大きめの孔をルーターにてあけた上記プリプレグＢを被せ、その両外側に厚さ18μｍ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、一体化した。クリアランスホール箇所は、クリアランスホール部の内層金属に接触しないように、中央に孔径0.25mmのスルーホールをレーザーにてあけ、デスミア処理後、銅メッキを無電解、電解メッキで行い、孔内に18μｍの銅メッキ層を形成した。
【００３９】表裏に液状エッチングレジストを塗布、乾燥してからポジフィルムを重ねて露光、現像し、表裏回路を形成するとともに、突起部上の銅箔も同時にエッチング除去した。金属突起部、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。上面突起部に大きさ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を用い、トランスファーモールドにて樹脂封止し、ボールパッドにハンダボールを接合して半導体プラスチックパッケージを作成した（図１及び図２）。この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して接合した。評価結果を表１に示す。
【００４０】実施例２プリプレグＣを１枚用い、片面に18μｍの電解銅箔、片面に離型フィルムを配置し、 200℃、20kgf/cm2 にて２時間積層成形して片面銅張積層板を作成した。内層となる、厚さ 250μｍのCu：99.86 重量％、Fe：0.11重量％、Ｐ：0.03重量％の合金板を実施例１と同様に加工して、両面に実施例１と同じ大きさ、高さの突起を作成した。更に 0.6mmφのクリアランスホールをあけ、同様に上下にプリプレグＢを配置し、その両側に上記で得た片面銅張積層板を置き、同一条件で積層成形した。 クリアランスホール箇所は、クリアランスホール部の金属に接触しないように、ドリルにて中央に孔径0.20mmのスルーホールをドリルであけ、デスミア後、銅メッキを無電解、電解メッキにて行い、孔内に17μm の銅メッキ層を形成した。
【００４１】表裏に液状エッチングレジストを塗布、乾燥して溶剤を除去してからポジフィルムを重ねて、露光、現像してから、表裏回路を形成した。突起部上の積層板部、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、金メッキを施してから、中央銅合金板突起部上の積層板部の基材をルーターで切削除去し、プリント配線板を完成した。 その後、同様に半導体チップを接着、樹脂封止し、ハンダボールを接合を行い、半導体プラスチックパッケージとし、実施例１と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１実施例１のプリプレグＢを２枚使用し、上下に上記18μｍ電解銅箔を配置し、190℃,35kgf/cm2,30mmHg 以下の 真空下で90分間積層成形し、両面銅張積層板を得た。所定の位置に穴径0.25mmφのスルーホールをドリルであけ、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、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が形成されており、この上に銀ペーストで半導体チップを接着し、ワイヤボンディング後、液状封止樹脂で封止し、実施例と同様にハンダボールを接合、マザーボードプリント配線板上に乗せた（図３）。評価結果を表１に示す。
【００４３】比較例２比較例１のプリント配線板の半導体チップ搭載部分をザグリマシーンで上下くりぬいてから裏面に厚さ 200μｍの銅板を、上記プリプレグＢを打ち抜いたもので加熱、加圧下に接着させ、放熱板付きプリント配線板を作成した。これはややソリが見られた。これの放熱板に銀ペーストで半導体チップを接着し、ワイヤボンディングした後、液状封止樹脂で封止し、ハンダボールでマザーボードプリント配線板上に接合した（図４）。評価結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
実施例１ 実施例２ 比較例１ 比較例２ 吸湿後の耐熱性(1) 常態 異常なし 異常なし 異常なし 異常なし 120hrs 異常なし 異常なし 異常なし 異常なし 144hrs 異常なし 異常なし 一部剥離 異常なし 168hrs 異常なし 異常なし 一部剥離 一部剥離 吸湿後の耐熱性(2) 常態 異常なし 異常なし 異常なし 異常なし 24hrs 異常なし 異常なし 一部剥離 異常なし 48hrs 異常なし 異常なし 剥離大 一部剥離 72hrs 異常なし 異常なし 剥離大 剥離大 96hrs 異常なし 異常なし ワイヤ 切れ 剥離大 120hrs 異常なし 異常なし ワイヤ 切れ ワイヤ 切れ 144hrs 異常なし 異常なし − − 168hrs 異常なし 一部剥離 ガラス転移温度 (℃) ２３５ − − − プレッシャークッ 常態 ４×1014 − − −カー処理後の絶縁 200hrs ４×1012抵抗値 (Ω) 500hrs ５×1011 700hrs ８×1010 1000hrs ２×1010 耐マイグレーショ 常態 ５×1013 − − −ン性 200hrs ５×1011 (Ω) 500hrs ３×1011 700hrs １×1011 1000hrs ８×1010 放熱性 (℃) ３２ ３５ ５７ ４８
【００４５】＜測定方法＞１）吸湿後の耐熱性(1) ：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。
２）吸湿後の耐熱性(2) ：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。
３）ガラス転移温度 ：DMA 法にて測定した。
４）プレッシャークッカー処理後の絶縁抵抗値 ： 121℃・２気圧で所定時間処理した後、25℃・60％RHで２時間後処理し、500VDCを印加60秒で、その端子間（ライン／スペース＝70μm/70μm)の絶縁抵抗値を測定した。
５）耐マイグレーション性 ：85℃・85％RH、50VDC 印加して端子間の絶縁抵抗値を測定した。
６）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】プリント配線板の片面に、半導体チップが固定され、半導体回路導体がその周囲のプリント配線板表面に形成された回路導体とワイヤボンディングで接続されており、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が、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スルーホール導体で結線されており、半導体チップ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であって、該プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板がプリント配線板の厚さ方向のほぼ中央に配置され、表裏回路導体と多官能性シアン酸エステル樹脂組成物といった耐熱性樹脂組成物で絶縁されており、金属板に少なくとも１個以上のスルーホール径より大きい径のクリアランスホールがあけられ、孔壁と金属板とは樹脂組成物で絶縁されており、半導体チップとほぼ同じ大きさの内層の金属の一部が表面に露出されており、該露出金属板の表面に半導体チップが固定され、裏面には金属板の突起が露出しており、発生した熱はこの金属板を通して逃げるようにした半導体プラスチックパッケージとすることにより、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できるとともに、熱放散性も改善でき、加えて大量生産性にも適しており、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を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の半導体プラスチックパッケージの製造工程。
【図２】実施例１の半導体プラスチックパッケージの製造工程。
【図３】比較例１の半導体プラスチックパッケージの製造工程。
【図４】比較例２の半導体プラスチックパッケージの製造工程。
【符号の説明】
ａ：エッチングレジスト、 ｂ：金属板、 ｃ：ネガフィルム、ｄ：クリアランスホール、 ｅ：金属箔、 ｆ：プリプレグＢ、ｇ：表裏回路導通用スルーホール、 ｈ：放熱用スルーホール、ｉ：半導体チップ、 ｊ：熱伝導性接着剤、 ｋ：ボンディングワイヤ、ｌ：封止樹脂、 ｍ：ハンダボール、 ｎ：メッキレジスト
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップを小型プリント配線板に搭載した形の、新規な半導体プラスチックパッケージに関する。特に、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に関する。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チップを固定し、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、表裏回路導体がメッキされたスルーホールで接続されて、半導体チップ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が公知である。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スルーホールが形成されている。
【０００３】該スルーホールの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、層間フクレを発生する危険性があり、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生じた場合、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。
【０００４】
【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体プラスチックパッケージを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、プリント配線板の片面に、半導体チップが固定され、半導体回路導体がその周囲のプリント配線板表面に形成された回路導体とワイヤボンディングで接続されており、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が、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スルーホール導体で結線されており、半導体チップ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であって、該プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板がプリント配線板の厚さ方向のほぼ中央に配置され、表裏回路導体と熱硬化性樹脂組成物で絶縁されており、金属板に少なくとも１個以上のスルーホール径より大きい径のクリアランスホールがあけられ、孔壁と金属板とは樹脂組成物で絶縁されており、半導体チップとほぼ同じ大きさの内層の金属の一部が表面に露出されており、該露出金属板の表面に半導体チップが固定されていて、且つ、半導体チップの固定用の金属板突起面とは反対側の表面の一部分に熱放散用の金属板突起面が露出してなることを特徴とする半導体プラスチックパッケージである。
【０００６】本発明の該金属板及び表層の回路用金属が銅95重量％以上の銅合金、或いは純銅であることが好ましく、また、該絶縁樹脂組成物が、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ことが好ましい。本半導体プラスチックパッケージは、露出した該熱放散用の金属板突起により、発生した熱はこの金属板を通して容易に逃げるものであり、また、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できた。加えて大量生産性にも適しており、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を得ることができた。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の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金属板を配置し、表裏の回路導体導通用のメッキされたスルーホールは、金属板にあけられたクリアランスホール径より小さめの径の孔とし、埋め込まれた樹脂のほぼ中央に形成することにより、金属板との絶縁性を保持する。
【０００８】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。本発明は、まず金属芯とする金属板をあらかじめ公知のエッチング法、冷間機械加工、圧延異型状加工法等の方法で、少なくとも１個以上の半導体チップ固定用に、半導体チップとほぼ同等の大きさの突起を形成しておく。次いで、表裏の導通スルーホールを形成可能なように、スルーホールを形成しようとする位置にスルーホール径より大きめのクリアランスホールを、公知のエッチング法、打ち抜き法、ドリル、レーザー等で金属芯に孔を形成しておく。半導体から発生する熱は、直接搭載する金属部分から金属板全体に熱伝導されるために、反対面に形成された、表面に露出した金属板突起部から、熱をマザーボードプリント配線板に拡散する構造とする。
【０００９】該突起とスルーホール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、突起部とクリアランスホールが形成された金属板の、半導体チップを直接固定する面及び反対面の突起部以外は、すべて熱硬化性樹脂組成物で絶縁部を形成する。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含浸、乾燥した半硬化のプリプレグ、樹脂シート、樹脂付き銅箔等を用い、半導体チップを直接固定する突起或いは反対面の突起のある金属部分に相当するプリプレグ等の部分を、あらかじめ突起部分の面積よりやや大きめの孔を打ち抜き等によってあけておき、これを両面に配置し、必要により、その外側に金属箔を配置し、加熱、加圧下に積層成形する。プリプレグの厚みは金属突起の高さよりやや高めになるように作成する。加熱、加圧工程中に、熱により１度熔融した半硬化状態の熱硬化性樹脂を金属板のクリアランスホールに流し込んでクリアランスホールの中を埋め込むと同時に、金属突起物の表面以外は熱硬化性樹脂組成物で一体化する。
【００１０】また、無溶剤或いは溶剤タイプの熱硬化性樹脂組成物を用い、スクリーン印刷等で該金属板突起場所以外に塗布し、更には裏面も同様に塗布してから加熱して半硬化状態とした後、このまま加熱して硬化するか、加熱、加圧下に積層成形して一体化する。積層成形する場合、上記と同様にクリアランスホール内に樹脂を流し込むと同時に熱硬化させる。塗布、半硬化する場合、低圧にてクリアランスホールの中に樹脂を流し込み、溶剤或いは空気を加熱しながら抜き、半硬化する。溶剤が入っている場合、クリアランスホール内の未充填が起こり易いため、あらかじめ無溶剤液状の熱硬化性樹脂組成物をクリアランスホール内に流し込み、硬化しておく方法が一般的であるが、いずれの方法においても、金属板のクリアランスホール内を熱硬化性樹脂組成物で充填されるように加工する。
【００１１】金属板の側面については、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。
【００１２】また、サブトラクティブ法によるスルーホールプリント配線板の形成のためには、積層成形時に、表裏の最外層に、プリント配線板よりやや大きめの金属箔、或いは片面金属箔張積層板を配置して、加熱、加圧下に積層成形することにより、外層回路形成用の金属箔で表裏が覆われた金属箔張多層板が形成される。
【００１３】表裏層に金属箔を使用しないで積層成形する場合、公知のアディティブ法にて回路を形成し、プリント配線板を作る。
【００１４】上記サブトラクティブ法、セミアディティブ法で作成した板の、半導体を固定する部分以外の箇所に表裏の回路を導通するスルーホール用孔をドリル、レーザー或いはプラズマ等、公知の方法にて小径の孔をあける。
【００１５】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のほぼ中央に、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とともに、フルアディティブ法では、同時に表裏にワイヤボンディング用端子、信号回路、ソルダーボール用パッド、導体回路等を形成する。
【００１６】セミアディティブ法では、スルーホールをメッキすると同時に、表裏も全面メッキされ、その後、公知の方法にて上下に回路を形成する。また、表裏金属箔を使用して積層成形されたものは、表裏の回路形成工程で、半導体チップ固定部分の金属突起部分及び反対面突起部の表面にある金属箔も除去される。次いで、ワイヤボンディング用の貴金属メッキを、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、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表面に被膜を形成する。
【００１７】該プリント配線板の半導体を接着する金属突起部分の表面に接着剤や金属粉混合接着剤を用いて、半導体チップを固定し、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。
【００１８】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。
【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30〜300 μｍのものが好適である。具体的には、純銅、無酸素銅、その他、銅95重量％以上のFe、Sn、Ｐ、Cr、Zr、Zn等との合金などが好適に使用される。また、42アロイ等の合金の表面を銅メッキした金属板等も使用され得る。
【００２０】本発明の金属突起部の高さは、30〜200 μm が好適である。また、突起部をくり抜いたプリプレグ、樹脂シート、樹脂付き銅箔、或いはスクリーン印刷等で形成する熱硬化性樹脂層の高さは、この突起と同じ高さか、やや高いことが好ましい。突起部の面積は、半導体チップの面積とほぼ同等であり、僅かに大きめが好ましい。一般的には５〜20mm角である。金属突起部は、エッチング、冷間機械加工、或いは圧延異型条等の一般に公知の加工方法で作成できる。また、平滑な金属板の上に、所定の大きさの同質、或いは異質の金属板を、熱伝導の良好な銅ペースト等、一般に公知の接着方法にて接着させることも可能である。
【００２１】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−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。
【００２２】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-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。
【００２３】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。
【００２４】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。
【００２５】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類が挙げられる。
【００２６】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、或いは金属箔の片面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。
【００３０】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３〜100 μｍの銅箔、ニッケル箔等が使用される。
【００３１】金属板に形成するクリアランスホールの径は、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、50〜300 μｍが好適である。
【００３２】本発明の多層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。この場合、半硬化状態の程度により、ハイフロー化、ローフロー化、ノーフロー化する。ノーフローとした場合、加熱、加圧して積層成形した時、樹脂の流れ出しが 100μｍ以下、好ましくは50μｍ以下とする。また、この際、金属板、金属箔とは接着し、ボイドが発生しないことが肝要である。加熱温度は一般的には 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。
【００３３】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は特に限定しないが、例えば以下（図１）の方法による。
(1) まず、内層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突起部及び反対面の熱放散用突起部のレジストが残るように作成したネガフィルムを被せ、紫外線照射後、１％炭酸ナトリウム水溶液で未露光部分を溶解除去する。
(2) エッチングにて金属板を所定厚み溶解してから、エッチングレジストを溶解除去する。
(3) 再び液状エッチングレジストで上下を被覆し、両面の金属突起部をくり抜き、クリアランスホール部分の光が遮断できるように作成したネガフィルムをその上にあて、紫外線で露光する。
【００３４】(4) クリアランスホール部のエッチングレジストを溶解除去してから、エッチング法にて両側からエッチングし、金属板にクリアランスホールを作成する。
(5) エッチングレジストを除去後、金属板全面を化学表面処理し、金属突起部の部分よりやや大きめに孔をあけたノーフロー又はローフロープリプレグを両側に配置し、上下に金属箔を置く。
(6) 加熱、加圧、真空下に積層成形した後、所定の位置にドリル、或いはレーザー等でスルーホールを内層金属板に接触しないようにあけ、デスミア処理を施した後、金属メッキを行う。
(7) 公知の方法にて上下に回路を作成すると同時に、金属板突起部の金属箔を除去し、貴金属メッキを施し、内層金属板の半導体チップ搭載部である突起部の表面に半導体チップを接着する。その後、樹脂封止を行い、必要によりハンダボールを接着する。
【００３５】
【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部とビス（4-マレイミドフェニル）メタン 100部とを 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。
【００３６】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：タルクP-3 、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 100μｍのガラス織布に含浸し 150℃で乾燥して、ゲル化時間(at170℃）10秒、 170℃,20kgf/cm2,5分間での樹脂流れ85μｍとなるように作成した、厚さ 105μｍの半硬化状態のプリプレグ（プリプレグＢ）を得た。
【００３７】一方、内層金属板となる厚さ 250μｍの銅板を用意し、大きさ50mm角のパッケージの中央に13mm角、高さ 100μｍの突起を、反対面には13mm角、高さ 100μｍの突起をエッチング法にて形成した。その後、該金属板の全面に液状エッチングレジストを厚さ25μｍ塗布し、乾燥して溶剤を飛ばした後、突起部をくり抜いたネガフィルムを両面にそれぞれ重ね、クリアランスホール部以外を紫外線照射してからクリアランスホール部のレジスト膜を１％炭酸ナトリウム水溶液で除去した後、両側からエッチングによって0.6mmφのクリアランスホールをあけた。
【００３８】金属板全面に黒色酸化銅処理を施し、この両面には、突起部分に相当する位置に、突起部より50μｍ大きめの孔をルーターにてあけた上記プリプレグＢを被せ、その両外側に厚さ18μｍ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、一体化した。クリアランスホール箇所は、クリアランスホール部の内層金属に接触しないように、中央に孔径0.25mmのスルーホールをレーザーにてあけ、デスミア処理後、銅メッキを無電解、電解メッキで行い、孔内に18μｍの銅メッキ層を形成した。
【００３９】表裏に液状エッチングレジストを塗布、乾燥してからポジフィルムを重ねて露光、現像し、表裏回路を形成するとともに、突起部上の銅箔も同時にエッチング除去した。金属突起部、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。上面突起部に大きさ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を用い、トランスファーモールドにて樹脂封止し、ボールパッドにハンダボールを接合して半導体プラスチックパッケージを作成した（図１及び図２）。この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して接合した。評価結果を表１に示す。
【００４０】実施例２プリプレグＣを１枚用い、片面に18μｍの電解銅箔、片面に離型フィルムを配置し、 200℃、20kgf/cm2 にて２時間積層成形して片面銅張積層板を作成した。内層となる、厚さ 250μｍのCu：99.86 重量％、Fe：0.11重量％、Ｐ：0.03重量％の合金板を実施例１と同様に加工して、両面に実施例１と同じ大きさ、高さの突起を作成した。更に 0.6mmφのクリアランスホールをあけ、同様に上下にプリプレグＢを配置し、その両側に上記で得た片面銅張積層板を置き、同一条件で積層成形した。 クリアランスホール箇所は、クリアランスホール部の金属に接触しないように、ドリルにて中央に孔径0.20mmのスルーホールをドリルであけ、デスミア後、銅メッキを無電解、電解メッキにて行い、孔内に17μm の銅メッキ層を形成した。
【００４１】表裏に液状エッチングレジストを塗布、乾燥して溶剤を除去してからポジフィルムを重ねて、露光、現像してから、表裏回路を形成した。突起部上の積層板部、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、金メッキを施してから、中央銅合金板突起部上の積層板部の基材をルーターで切削除去し、プリント配線板を完成した。 その後、同様に半導体チップを接着、樹脂封止し、ハンダボールを接合を行い、半導体プラスチックパッケージとし、実施例１と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１実施例１のプリプレグＢを２枚使用し、上下に上記18μｍ電解銅箔を配置し、190℃,35kgf/cm2,30mmHg 以下の 真空下で90分間積層成形し、両面銅張積層板を得た。所定の位置に穴径0.25mmφのスルーホールをドリルであけ、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、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が形成されており、この上に銀ペーストで半導体チップを接着し、ワイヤボンディング後、液状封止樹脂で封止し、実施例と同様にハンダボールを接合、マザーボードプリント配線板上に乗せた（図３）。評価結果を表１に示す。
【００４３】比較例２比較例１のプリント配線板の半導体チップ搭載部分をザグリマシーンで上下くりぬいてから裏面に厚さ 200μｍの銅板を、上記プリプレグＢを打ち抜いたもので加熱、加圧下に接着させ、放熱板付きプリント配線板を作成した。これはややソリが見られた。これの放熱板に銀ペーストで半導体チップを接着し、ワイヤボンディングした後、液状封止樹脂で封止し、ハンダボールでマザーボードプリント配線板上に接合した（図４）。評価結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
実施例１ 実施例２ 比較例１ 比較例２ 吸湿後の耐熱性(1) 常態 異常なし 異常なし 異常なし 異常なし 120hrs 異常なし 異常なし 異常なし 異常なし 144hrs 異常なし 異常なし 一部剥離 異常なし 168hrs 異常なし 異常なし 一部剥離 一部剥離 吸湿後の耐熱性(2) 常態 異常なし 異常なし 異常なし 異常なし 24hrs 異常なし 異常なし 一部剥離 異常なし 48hrs 異常なし 異常なし 剥離大 一部剥離 72hrs 異常なし 異常なし 剥離大 剥離大 96hrs 異常なし 異常なし ワイヤ 切れ 剥離大 120hrs 異常なし 異常なし ワイヤ 切れ ワイヤ 切れ 144hrs 異常なし 異常なし − − 168hrs 異常なし 一部剥離 ガラス転移温度 (℃) ２３５ − − − プレッシャークッ 常態 ４×1014 − − −カー処理後の絶縁 200hrs ４×1012抵抗値 (Ω) 500hrs ５×1011 700hrs ８×1010 1000hrs ２×1010 耐マイグレーショ 常態 ５×1013 − − −ン性 200hrs ５×1011 (Ω) 500hrs ３×1011 700hrs １×1011 1000hrs ８×1010 放熱性 (℃) ３２ ３５ ５７ ４８
【００４５】＜測定方法＞１）吸湿後の耐熱性(1) ：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。
２）吸湿後の耐熱性(2) ：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。
３）ガラス転移温度 ：DMA 法にて測定した。
４）プレッシャークッカー処理後の絶縁抵抗値 ： 121℃・２気圧で所定時間処理した後、25℃・60％RHで２時間後処理し、500VDCを印加60秒で、その端子間（ライン／スペース＝70μm/70μm)の絶縁抵抗値を測定した。
５）耐マイグレーション性 ：85℃・85％RH、50VDC 印加して端子間の絶縁抵抗値を測定した。
６）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】プリント配線板の片面に、半導体チップが固定され、半導体回路導体がその周囲のプリント配線板表面に形成された回路導体とワイヤボンディングで接続されており、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が、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スルーホール導体で結線されており、半導体チップ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であって、該プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板がプリント配線板の厚さ方向のほぼ中央に配置され、表裏回路導体と多官能性シアン酸エステル樹脂組成物といった耐熱性樹脂組成物で絶縁されており、金属板に少なくとも１個以上のスルーホール径より大きい径のクリアランスホールがあけられ、孔壁と金属板とは樹脂組成物で絶縁されており、半導体チップとほぼ同じ大きさの内層の金属の一部が表面に露出されており、該露出金属板の表面に半導体チップが固定され、裏面には金属板の突起が露出しており、発生した熱はこの金属板を通して逃げるようにした半導体プラスチックパッケージとすることにより、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できるとともに、熱放散性も改善でき、加えて大量生産性にも適しており、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を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の半導体プラスチックパッケージの製造工程。
【図２】実施例１の半導体プラスチックパッケージの製造工程。
【図３】比較例１の半導体プラスチックパッケージの製造工程。
【図４】比較例２の半導体プラスチックパッケージの製造工程。
【符号の説明】
ａ：エッチングレジスト、 ｂ：金属板、 ｃ：ネガフィルム、ｄ：クリアランスホール、 ｅ：金属箔、 ｆ：プリプレグＢ、ｇ：表裏回路導通用スルーホール、 ｈ：放熱用スルーホール、ｉ：半導体チップ、 ｊ：熱伝導性接着剤、 ｋ：ボンディングワイヤ、ｌ：封止樹脂、 ｍ：ハンダボール、 ｎ：メッキレジスト
【特許請求の範囲】
【請求項１】 プリント配線板の片面に、半導体チップが固定され、半導体回路導体がその周囲のプリント配線板表面に形成された回路導体とワイヤボンディングで接続されており、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が、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スルーホール導体で結線されており、半導体チップ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であって、該プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板がプリント配線板の厚さ方向のほぼ中央に配置され、表裏回路導体と熱硬化性樹脂組成物で絶縁されており、金属板に少なくとも１個以上のスルーホール径より大きい径のクリアランスホールがあけられ、孔壁と金属板とは樹脂組成物で絶縁されており、半導体チップとほぼ同じ大きさの内層の金属の一部が表面に露出されており、該露出金属板の表面に半導体チップが固定されていて、且つ、半導体チップの固定用の金属板突起面とは反対側の表面の一部分に熱放散用の金属板突起面が露出してな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】 該金属板及び表層の回路用金属が銅95重量％以上の銅合金、或いは純銅である請求項１に記載の半導体プラスチックパッケージ。
【請求項３】 該絶縁樹脂組成物が、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に記載の半導体プラスチックパッケージ。
【請求項１】 プリント配線板の片面に、半導体チップが固定され、半導体回路導体がその周囲のプリント配線板表面に形成された回路導体とワイヤボンディングで接続されており、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が、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スルーホール導体で結線されており、半導体チップ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であって、該プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板がプリント配線板の厚さ方向のほぼ中央に配置され、表裏回路導体と熱硬化性樹脂組成物で絶縁されており、金属板に少なくとも１個以上のスルーホール径より大きい径のクリアランスホールがあけられ、孔壁と金属板とは樹脂組成物で絶縁されており、半導体チップとほぼ同じ大きさの内層の金属の一部が表面に露出されており、該露出金属板の表面に半導体チップが固定されていて、且つ、半導体チップの固定用の金属板突起面とは反対側の表面の一部分に熱放散用の金属板突起面が露出してな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】 該金属板及び表層の回路用金属が銅95重量％以上の銅合金、或いは純銅である請求項１に記載の半導体プラスチックパッケージ。
【請求項３】 該絶縁樹脂組成物が、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に記載の半導体プラスチックパッケージ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開平１１−２０４６８２
【公開日】平成１１年（１９９９）７月３０日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−３９８４
【出願日】平成１０年（１９９８）１月１２日
【出願人】（０００００４４６６）三菱瓦斯化学株式会社 (1,281)
【公開日】平成１１年（１９９９）７月３０日
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年（１９９８）１月１２日
【出願人】（０００００４４６６）三菱瓦斯化学株式会社 (1,281)
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